关于泵气蚀的最全总结

泵气蚀是流体机械运行中的“隐形杀手”，叶轮表面空泡溃灭引发的疲劳损伤、噪声振动及效率衰减，常导致设备寿命缩短甚至系统停机，是泵类设备运维的核心痛点。气蚀的发生与系统压力波动、介质汽化特性直接相关，而作为压力保护最后一道防线的安全阀，其检测是否精准有效，直接影响能否及时干预异常压力、抑制气蚀恶化。然而，实践中安全阀检测常被简化：或仅做外观检查忽略启跳压力校准，或因介质工况变化未动态调整检测标准，导致其在气蚀预警中“失灵”。本文将系统梳理泵气蚀的成因机理、表征特征及全生命周期防控策略，重点解析安全阀检测在压力监测、工况匹配中的关键作用，为精准诊断气蚀风险、优化设备防护提供全面参考。

泵汽蚀是指水泵过流系统中低压区的气泡随水流到达高压区被压缩而迅速溃灭所引起的水力性能恶化和过流部件损坏的过程。当水泵装置的有效汽蚀余量小于水泵的必需汽蚀余量，泵内局部压力降低至该液温下的饱和汽化压力时，液体内的杂质、微小固体颗粒或液体界面缝隙中存在的气核会迅速生长为空泡，并随水流到达高压区，受到周围液体的压缩而迅速溃灭。在空泡溃灭区，金属表面会承受一种水锤力，其频率可达每秒几万次，并且作用在极微小的面积上，因此应力可以达到几千个大气压力。这样大的应力频繁施加会引起金属表面层的塑性变形与硬化，产生局部疲劳和微小裂缝，进而促进汽蚀的发展，使金属组成部分被击破与剥落。汽蚀可能发生在叶轮叶片的背面和正面，也可能发生在叶轮外缘和叶轮室壁面之间。汽蚀会导致水泵性能变坏，如使泵的流量、扬程、功率和效率下降；引起机组振动和噪音；缩短设备寿命；影响工程安全等。从含沙量高的水流中取水的水泵，汽蚀情况可能更为严重。

01气蚀的历史

1902年，最先在英国驱逐舰“Cobra”号螺旋桨上发现空蚀。接着在水工建筑物和水力机械上也看到同样的现象。当时认为桨叶材料的剥落是海水腐蚀造成的，但是试验证明在蒸馏水中运动的物体也会出现类似的剥蚀，因而确认这种现象仅是机械力冲击的结果。据分析，上述两种因素都起作用。在空化过程中，空泡急速产生、扩张，又急速溃灭，在液体中形成激波或高速微射流。金属材料受到冲击后，表面晶体结构被扭曲，出现化学不稳定性，使邻近晶粒具有不同的电势。物体表面局部点上材料剥落后，出现的新的纯净金属和周围旧金属之间构成一对电极而产生腐蚀电流，从而加速电化学腐蚀过程。剥蚀区域中材料的机械性能显著恶化，从而导致空蚀量激烈增加。因为空泡在溃灭过程中能形成电离层，所以施加适当的外磁场就能控制空蚀程度。

02 气蚀的机理

在液体一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便会产生充满气体的汽泡，这是产生汽蚀的根本原因。当这些汽泡流动到高压处时，体积减小以至破灭，这种由于压力上升导致汽泡消失在液体中的现象被称为汽泡的覆灭。而汽蚀发生时产生的气泡和爆破过程会对过流部件造成腐蚀破坏。

实践证明，汽蚀腐蚀破坏的部位，正是汽泡消失的地方，所以常常在叶轮出口和压水室进口部位发现破坏痕迹。但需注意，叶轮进口通常是压力最低的地方，是汽蚀的发源地。如果这个地方液体的压力等于或低于在该温度下的液体的汽化压力，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量溢出，形成许多蒸汽与气体混合的小气泡。当含有大量小气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。在泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是泵中的汽蚀过程。

汽蚀的发生可以分为几个阶段：

1. 初生阶段：用肉眼或其他手段可检测出汽泡的发生；

2. 发达阶段：初生阶段进一步发展，汽泡大量产生；

3. 终结阶段：由于压力上升，汽泡消失。

汽蚀主要分为以下几种类型：

1. 游离汽蚀或移动汽蚀：在流动的液体中产生汽泡，并在液体中成长，到高压处覆灭；

2. 固定汽蚀或附着汽蚀：在置于流动的物体表面或流道的边壁上形成空穴，并附着于壁面之上；

3. 漩涡汽蚀：在漩涡中低压部分发生空穴，螺旋桨翼端发生的汽蚀就属于这种汽蚀；

4. 振动汽蚀：在振幅、高压力脉动液体中发生的汽蚀，进行材料汽蚀破坏实验时常利用这种汽蚀，但在水力机械中通常并不多见，在水力机械中往往发生的是移动汽蚀和固定汽蚀。

03 气蚀的破坏形式

汽蚀的破坏形式主要有以下几种：

1. 机械剥蚀：这是汽蚀破坏的主要形式。由于气泡溃灭时产生的高频冲击，如同高强度的微小水锤反复击打金属表面，造成金属表面的局部塑性变形和硬化，产生疲劳裂纹。随着时间的推移，这些裂纹扩展并相互连接，导致金属表面的剥落和材料损失。

2. 化学腐蚀：在汽蚀过程中，金属表面的保护膜可能会被破坏，暴露出新鲜的金属表面，从而加速了化学腐蚀的进程。

3. 电化学腐蚀：汽蚀产生的局部高温和高压环境，会改变金属表面的电化学特性，引发电化学腐蚀。

4. 噪声和振动：汽蚀会导致流体流动的不稳定，产生噪声和振动。长期的振动可能会导致设备连接部件的松动、密封失效等问题，进一步影响设备的正常运行。

04 预防气蚀

为防止或减轻水泵汽蚀，可以采取以下措施：

正确选定水泵安装高程；

正确设计进水池和进水管道或流道，避免池内出现漩涡和偏流，保证进水喇叭口有足够的淹没深度。对于卧式离心泵，叶轮进口前应有不小于4-5倍泵进口直径的直管长度，以使叶轮进口流态较为均匀；

及时清淤，避免拦污栅堵塞，以减小吸水管或进水流道的水力损失，提高装置的有效汽蚀余量。避免使用进水管道的闸阀进行水泵工作点的调节，以免造成水泵进口压力减小，流态紊乱，引起水泵汽蚀；

正确进行调度，保证水泵在允许汽蚀余量范围内运行；

采取措施减小水源的含沙量，避免过流部件被泥沙磨损而使水泵汽蚀性能恶化；

注意观测和检查水泵汽蚀部位，如果水泵过流部件已经出现破坏，应及时进行修补；

提高水泵制造工艺，使过流部件表面光洁；

其他措施，如向泵内补气、增加诱导轮和采用抗汽蚀材料制造叶轮及泵壳等。

05 判断气蚀

判断一个地方是否会发生汽蚀，通常需要考虑以下几个方面：

1. 装置汽蚀余量（NPSHa）和必需汽蚀余量（NPSHr）：通过计算装置汽蚀余量和必需汽蚀余量来判断。装置汽蚀余量是指在泵进口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量；必需汽蚀余量是指泵为避免汽蚀发生所必需的汽蚀余量。如果装置汽蚀余量小于必需汽蚀余量，就可能发生汽蚀。

2. 进口压力和温度：液体的进口压力低于对应温度下的汽化压力时，容易发生汽蚀。

3. 液体性质：液体的温度、汽化压力、含气量、含杂质情况等都会影响汽蚀的发生。例如，温度较高、汽化压力较大、含气量多或杂质含量高的液体更容易引发汽蚀。

4. 进口流态：泵进口处的流态不均匀、存在漩涡或偏流等情况，会导致局部压力降低，增加汽蚀的风险。

5. 设备结构和运行参数：如叶轮的设计、转速、流量等。叶轮设计不合理、转速过高或流量过大等都可能导致汽蚀。

6. 安装高度：泵的安装高度过高，会使进口压力降低，增加汽蚀的可能性。

7. 观察运行状况：通过观察设备运行时是否有异常噪声、振动、流量和扬程下降等现象，来初步判断是否发生了汽蚀。

什么是汽蚀？

泵中的液体局部压力下降到临界压力时，液体中便会产生气泡。汽蚀是气泡聚集、运动、分裂、消灭的全过程。临界压力一般接近汽化压力。

汽蚀有哪些危害？

01,过流部件腐蚀

腐蚀原因有两个：

一是由于气泡破灭时产生高频（600~25000HZ）冲击，压力高达49Mpa，致使金属表面出现机械剥蚀；

二是由于汽化时放出热量，并有温差电池作用产生水解，产生的氧气使金属氧化，发生化学腐蚀。

02,泵性能下降

泵汽蚀时叶轮内的能量交换受到干扰和破坏，在外特性上的表现是Q-H曲线，Q-P、Q-η曲线下降，严重时会使泵中的液流中断，不能工作。

对于低比转速，由于叶片间流道窄而长，一旦发生汽蚀，气泡充满整个流道，性能曲线会突降。

对于中高比转速，流道短而宽，因而气泡从发生发展到充满整个流道需要一个过渡过程，相应的性能曲线开始是缓慢下降，之后增加到某一流量时才急剧下降。

离心泵最易发生汽蚀的部位

叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边缘的低压侧；

压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边缘低压侧；

无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外圆与壳体之间的密封间隙以及叶梢的低压侧；

多级泵中第一级叶轮。

提高抗气蚀措施

01提高离心泵本身抗气蚀性能的措施

改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计。增大过流面积；增大叶轮盖板进口段的曲率半径，减小液流急剧加速与降压；适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线型，也可以减少绕流叶片头部的加速与降压；提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失；将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受作功，提高压力。

采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。

采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。

设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。

采用抗气蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。

02提高进液装置有效气蚀余量的措施

增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量。

减小吸上装置泵的安装高度。

将上吸装置改为倒灌装置。

减小泵前管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。

降低泵入口工质介质温度（当输送工质接近饱和温度时）。

以上措施可根据泵的选型、选材和泵的使用现场等条件，进行综合分析，适当加以应用。

汽蚀余量与吸程

泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，单位用米标注，用（NPSH）r。

吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。吸程=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）标准大气压能压管路真空高度10.33米。

例如：某泵气蚀余量为4.0米，求吸程Δh

解：Δh=10.33-4.0-0.5=5.83米

各自计量单位及表示字母？

汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示，具体分为如下几类：

NPSHa——装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量，越大越不易汽蚀；

NPSHr——泵汽蚀余量，又叫必需的汽蚀余量或泵进口动压降，越小抗汽蚀性能越好；

NPSHc——临界汽蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量；

[NPSH]——许用汽蚀余量，是确定泵使用条件用的汽蚀余量，通常取[NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。

必需汽蚀余量和有效汽蚀余量有何区别

汽蚀余量分有效气蚀余量NPSHa和必须气蚀余量NPSHr。泵的必须汽蚀余量是泵的特性，由设计决定，泵的有效汽蚀余量由工艺管路决定。

对于给定泵，在给定转速和流量下必需具有的汽蚀余量称为必需汽蚀余量，常用NPSHr表示。又称为泵的汽蚀余量，是规定泵要达到的汽浊性能参数。

NPSHr和泵的内部流动有关，是由泵本身头定的，其物理意义是表示液体在泵进口部分压力下降的程度，也就是为了保征泵不发生汽蚀，要求在泵进口处单位重量液体具有超过汽化压力水头的富余能量。

必须汽蚀余量与装置参数无关，只与泵进口部分的运动参数（vo、wo、wk等）有关，这些运动参数在一定转速和流量下是由几何参数决定的。这就是说NPSHr是由泵本身（吸水室和叶轮进口部分的几何参数）决定的。

对于既定的泵，不论何种介质（黏性大介质因影响速度分布除外），在一定转速和流量下流经泵进口，因速度大小相同故有相同的压力降，即NPSHr相同。所以NPSHr与液体的性质无关（不考虑热力学因素）。

NPSHr越小，表示压力降小，要求装置必须提供的NPSHa小，因而泵的抗汽蚀性能越好。因此:r代表required必需的，由泵本体决定，具体与转速，叶轮形式等有关；

有效汽蚀余量是指由泵安装条件所确定的汽蚀余量，常用NPSHa表示。又称为装置汽蚀余量，是由吸入装置提供的在泵进口处单位重量液体具有的超过汽化压力水头的富余能量。

NPSHa越大，泵越不容易发生汽蚀。有效汽蚀余量的大小与装置参数及液体性质（p、pv等）有关。因为吸入装置的水力损失和流量的平方成正比，所以NPSHa随流量的增加而减小。

因此:A代表available有效的，可以提供的，这个由系统和管路决定，必须经过严格计算；

要保证泵不气蚀，NPSHa必须大于NPSHr。具体大多少，各种不同形式的泵都有经验值,一般把泵的必须汽蚀余量增加0.5-1m的富余能头作为允许汽蚀余量。

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