回电

有什么能为您效劳的吗?我们会尽快回电,当然免费!

气蚀以及如何避免

什么是气蚀?


所有泵都通过在入口处产生低压并允许大气(或系统)压力将流体推入泵来运行。这个过程使所有的泵都容易出现气蚀现象。气蚀是指当局部压力迅速降低到液体的蒸气压力以下时在液体内部形成蒸气腔(气泡)。这会在液体内部形成蒸气泡,该蒸气泡通常只会持续很短的时间,然后破裂成液体。气泡的破裂是剧烈的,会发出巨大的爆裂声,并经常损坏附近的表面。当受到气泡内爆导致的强力局部喷射时,即使是坚硬的金属也将出现凹坑。

气蚀气泡的生命周期

在泵内部,气蚀通常起源于运动部件后面有局部低压存在的区域。用户可能不会注意到这一点,但是它将开始损坏泵内的组件,因此必须避免。随着系统入口压力的降低,气蚀现象将变得更加明显,这会引起泵的波动,发出巨大的噪音,有时还会在泵的出口处造成流体浑浊。

气蚀是在哪个时间点开始的,这是个非常复杂的问题。它是流体粘度、蒸汽压力、密度、温度、液压升力、大气压力、泵类型和泵速度等多种因素的结合。通常来说,受困在液体中的预先存在的气体开始增长是气蚀的前兆。尽管这些气泡不会损坏泵,但会降低流体输送的准确性。


入口堵塞


到目前为止,在使用容积泵时,最常见的产生气蚀的原因是在泵的入口处使用了直径较小的长管路。描述管路与压降相关性的一般公式为, 其中:

Q = 流量
µ = 动态粘度
L = 管路长度
D = 管路内径

请注意,压降与 D4 相关,因此,将管路的内径增加一倍会使压降降低 16 倍!以上公式仅适用于层流(雷诺数 < 2320)。湍流公式更为复杂,并且与密度相关而不是黏度。

管内层流与湍流

管路并不是液压系统设计人员经常忽略的唯一压降原因。例如入口过滤器、止回阀以及注孔等组件亦可使入口真空增加。特别是必须谨慎选择止回阀,以免产生太高的真空。


往复式容积泵的气蚀现象


往复式容积泵通常不会像高速回转泵那样遭受高度局部化的内部气蚀现象。但是,它们确实会产生高脉冲流量,这导致峰值流量高达平均流量的三倍。更重要的是,频繁停止/启动流体会在入口处产生基于惯性的真空。当泵开始从入口吸入流体时,其后面的流体必然加速。与黏性阻力一样,因流体加速产生的真空(与 D2 成比例),在长而细的管路中情况最差。这些方面会让针对平均流量进行往复泵设计的系统工程师感到惊讶。

往复泵中的脉冲流

回转式容积泵的气蚀现象


除了前面提到的产生真空的阻力外,高速运动元件还会在与其紧邻的后方形成一个低压区域。这会对直径较大的部件(例如,离心泵的螺旋桨或叶轮)构成风险,而对小齿轮泵来说,影响不大。但是,当两个齿轮之间的空隙打开时,齿轮泵可能会在齿轮啮合处发生内部气蚀,并且新产生的容积腔会迅速充满液体。使用精密加工的斜齿轮可最大程度地降低这种影响,确保齿轮啮合开口平滑。尽管如此,泵的内部机制仍会在高于 3000 rpm 的速度时在水中产生高达 0.1 bar 的局部压降。

外啮合齿轮泵中常见的气蚀位置

蠕动泵和罗茨泵的流量曲线具有相对较强的脉冲。这种因脉冲产生的瞬态真空类似于往复泵中的瞬态真空。因此,操作这些类型的泵时必须小心。


净正吸入压头 (NPSH)


NPSH 是土木工程师常用的一个指标。在该行业离心泵和涡轮机制造商经常为泵提供 NPSH 额定值,表示防止泵发生气蚀现象所需的吸入口最小压力。NPSH 通常以英尺为单位,因为这是美国土木工程师常用的压力(扬程)单位。在医疗、食品和饮料以及轻工业应用中,因为流体、温度、速度和其他运行条件的巨大差异,通常不将 NPSH 值附加到容积泵上。

避免气蚀的最佳方法是在液压系统设计的早期就与泵供应商进行沟通。泵工程师了解泵的灵敏度,知道泵可以承受的真空度,并且在调整液压系统以避免气蚀方面具有丰富的经验。系统设计人员和泵工程师之间的密切合作将简化设计流程,并避免在设计周期后期进行迭代。