磚瓦企業用的水環真空泵汽蝕原理及預防

2009-08-26 孟繁海雙鴨山東方墻材有限責任公司

　　在燒結磚瓦工藝中，為了提高泥料的成型性能、均勻致密性以及坯體強度，使一些低塑性的劣質原料得到充分利用，使普通泥料能夠生產出薄壁、高強度空心磚，我們通常采用真空泵對泥料進行真空除氣處理，使存在于泥料內部的氣體含量滿足生產要求，以獲得合格的坯體。

　　磚瓦企業采用的真空泵種類較多，水環真空泵是真空擠出機常用的配套設備。真空泵在高真空狀態下運行，特別是在夏季，隨著工作水溫的升高，水的氣化壓力也隨之升高，在真空泵的吸入端，水環內的氣泡迅速冷凝并使氣泡破裂，這就是真空泵產生汽蝕的機理。真空泵的汽蝕與真空泵的真空度、工作水溫有關系，與真空線速度、壓縮比沒有直接關系。在這樣工況下，任何真空泵都會發生汽蝕，因為不論真空泵的結構如何、壓縮比多大，它在真空泵的吸入側均形成相同的真空，必然會產生汽蝕。

　　真空泵工作時，盡可能要求在高效區內，也就是在臨界真空度或臨界排氣壓力的區域內運行；應避免在最大真空度或最大排氣壓力附近運行。在此區域內運行，不僅效率極低，而且工作很不穩定，易產生振動和噪聲。對于真空度較高的真空泵而言，在此區域之內運行還會發生汽蝕現象，產生這種現象的明顯標志是泵內有噪聲和振動。汽蝕會導致泵體、葉輪等零件損壞，以致泵無法工作。本文針對水環真空泵汽蝕產生的原理及其預防加以論述。

1、汽蝕產生原理

　　汽蝕是由液體氣化引起的，液體分子逸出液體表面，成為氣體分子的過程，稱為“氣化”。液體的氣化程度與壓力的大小、溫度高低有關。溶解于液體中的氣體，在壓力和溫度變化時也會釋放出來，形成氣穴。當液體內部壓力下降，低于液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，在局部區域形成氣泡或氣穴；而在壓力升高的地方氣泡突然被四周的壓力壓破，液流因慣性以極高的速度向氣泡中心擠壓，對設備造成水力沖擊。這種微泡的產生、潰裂以及對過流表面產生物理和化學作用的整個過程稱為汽蝕。汽蝕時產生的氣泡流動到高壓處時，其體積減小以致破滅。這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現象稱為汽蝕潰滅。

　　真空泵在運轉中，若其過流部分的局部區域（通常是葉輪葉片進口稍后的某處）因為某種原因，抽送液體的絕對壓力降低到當時溫度下的液體氣化壓力時，液體便在該處開始氣化，產生大量蒸汽形成氣泡，當含有大量氣泡的液體向前經葉輪內的高壓區時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以致破裂。在氣泡凝結破裂的同時，液體質點以很高的速度填充空穴，在此瞬間產生很強烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，沖擊應力達到幾百至幾千個大氣壓，沖擊頻率達到每秒幾萬次，嚴重時會將壁厚擊穿。

　　在真空泵中產生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭受到破壞的過程就是真空泵中的汽蝕過程。真空泵產生汽蝕后除了對過流部件產生破壞作用，還會產生噪聲和振動并導致泵的性能下降，嚴重時會使泵中液體中斷，不能正常工作。

　　水環泵的汽蝕損壞都是在氣泡產生和破裂的部位，金屬表面出現點蝕現象，嚴重的會出現蜂窩狀損壞。如果真空泵葉輪在汽蝕部位有較大的殘余應力，還會引起應力釋放，產生裂紋。由于泵汽蝕時氣泡在高壓區連續發生突然破裂，以及伴隨著強烈水擊產生的噪聲和振動，可以聽到像爆豆似的劈劈啪啪的聲音。如果上述氣泡在金屬表面上破裂，金屬表面將受到連續強烈的水擊出現麻點，金屬晶粒松動并剝落而成蜂窩狀甚至穿孔。汽蝕破壞除機械作用外，還伴隨著電解、化學腐蝕等多種復雜的作用。實際破壞效果表明，泵過流部件汽蝕破壞的部位，正是氣泡消失的地方。真空泵需要用液體作為工作介質。每種液體在某一溫度下都有對應的飽和蒸汽壓。當吸入區域的絕對壓力越接近液體的飽和蒸汽壓時，液體越接近沸騰狀態。這時，在吸入區域的工作液表面會產生大量的氣泡，由于液體在工作腔內產生的工作液蒸汽會占據部分工作腔的空間，泵對外的吸氣能力會有所下降。當吸入區域的壓力達到工作液的飽和蒸汽壓時，可以認為工作腔內全部充滿了工作液蒸汽，此時泵對外的吸氣能力接近于零，而此時泵的汽蝕現象也最為嚴重。

　　如果工作液是水，水溫越高，泵的抽氣性能下降越多。水環真空泵的水溫對其性能影響較大，而水環真空泵的性能曲線均為在15℃的水溫條件下測得，因此在實際選用水環真空泵時應對水環真空泵的抽氣速率進行修正。