[摘 要]以ZJ型臥式渣漿泵為例，分析了其可能產(chǎn)生汽（氣）蝕的原因、危害，提出了解決的措施。

[關(guān)鍵詞]渣漿泵 汽蝕 氣蝕 危害 破壞 措施

中圖分類號(hào)：TH38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）21-0096-02

渣漿泵又叫雜質(zhì)泵，大多數(shù)渣漿泵屬于離心泵的一種，是管道水利輸送的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于排送含有一定粒度、濃度的固、液混合物。隨著管道水力輸送技術(shù)的蓬勃發(fā)展，目前，渣漿泵在很多工業(yè)領(lǐng)域都被廣泛的應(yīng)用，特別是在選礦廠運(yùn)用最為廣泛。因?yàn)閺?fù)雜的工況，會(huì)導(dǎo)致渣漿泵在日常使用過程中受到較大磨損，而其中因汽（氣）蝕造成的非正常磨損占相當(dāng)大的比例，所以一定要正確的使用渣漿泵，消除一切不利因素，提高渣漿泵過流件使用壽命，以最大限度的降低其使用成本。本文以我公司選礦流程中使用最多的石家莊工業(yè)泵廠生產(chǎn)的ZJ型臥式渣漿泵為例，分析其使用中可能產(chǎn)生汽（氣）蝕的原因、危害及防治解決措施。

一、ZJ型臥式渣漿泵的結(jié)構(gòu)及工作原理

1、ZJ型臥式渣漿泵結(jié)構(gòu)

ZJ型臥式渣漿泵由基座、泵頭部份、托架部份和電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)部份組成，泵頭部份由泵殼（前泵殼、后泵殼）、過流部件（蝸殼、葉輪、前護(hù)板、后護(hù)板）、軸封裝置（副葉輪+填料、機(jī)械密封）組成。（見圖1）

2、ZJ型臥式渣漿泵工作原理

渣漿泵的主要工作部件是葉輪和蝸殼，蝸殼內(nèi)的葉輪裝置位于軸上，并與電動(dòng)機(jī)連接形成一個(gè)整體。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪中的葉片迫使流體旋轉(zhuǎn)，即葉輪對(duì)流體沿它的運(yùn)動(dòng)方向做功，從而迫使流體的壓力勢(shì)能和動(dòng)能增加，與此同時(shí)流體在慣性力的作用下，從中心向葉輪邊緣流去，并以很高的速度流出葉輪，進(jìn)入壓出室，再經(jīng)出管排出，這個(gè)過程稱為壓水過程。同時(shí)，由于葉輪中心的流體流向邊緣，在葉輪中心形成低壓區(qū)，當(dāng)它具有足夠的真空時(shí)，在吸入端壓強(qiáng)的作用下（一般是大氣壓強(qiáng)），流體經(jīng)吸入室進(jìn)入葉輪，這個(gè)過程稱為吸水過程，由于葉輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，流體也就連續(xù)的吸入、排出，形成連續(xù)的工作。

渣漿泵的工作過程，實(shí)際上是一個(gè)能量的傳遞和轉(zhuǎn)換的過程。它將電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，通過泵的葉輪傳遞并轉(zhuǎn)化為被抽升流體的壓能和動(dòng)能。

二、渣漿泵汽（氣）蝕產(chǎn)生的原因及破壞機(jī)理

我公司的選礦流程是處理錫銅共生礦的，礦石硬度比較高，渣漿泵過流件是在強(qiáng)磨蝕狀態(tài)下工作的。我們通過對(duì)損壞件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：因正常磨損而報(bào)廢的過流件所占比例約25%，大部分過流件是在非正常工作工況下運(yùn)行而造成早期破壞的，且壽命相差近一半。對(duì)于流程中使用的吸入式渣漿泵，其非正常損壞件占的比例較大，應(yīng)是以汽蝕形式破壞的。然而對(duì)于壓入式渣漿泵非正常損壞件，泵的汽蝕性能是滿足要求的，以汽蝕形式破壞就解釋不通了，經(jīng)查閱資料我們才發(fā)現(xiàn)，汽蝕除了常見的真空汽蝕一種外，還有一種汽蝕，稱為氣體氣蝕。以下我們對(duì)兩種汽蝕所產(chǎn)生的原因及破壞機(jī)理進(jìn)行分析。

1、真空汽蝕產(chǎn)生的原因及破壞機(jī)理

汽蝕是由于液流流道中的局部低壓（低于該處溫度下液體的飽和蒸氣壓）使液體在該處汽化而引起大量微氣泡爆發(fā)性生長(zhǎng)，微汽泡急劇生長(zhǎng)成大汽泡后隨液流至壓力高處突然潰滅，對(duì)流道壁面產(chǎn)生高達(dá)幾百個(gè)大氣壓的沖擊，造成壁面材料的剝蝕，這一現(xiàn)象稱為汽蝕。

在渣漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)泵內(nèi)流體的絕對(duì)速度增加或吸入狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，使得流體靜壓力下降，當(dāng)壓力降到小于汽化壓力時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生真空汽泡，真空氣泡隨液體流動(dòng)到泵內(nèi)后，由于葉輪的旋轉(zhuǎn)使得壓力上升，便會(huì)造成汽泡突然破裂，從而產(chǎn)生巨大的屬于內(nèi)向爆破性質(zhì)的冷凝沖擊，若汽泡破裂不發(fā)生在流動(dòng)的液體內(nèi)，而是發(fā)生在過流部件壁面處，凝結(jié)破裂形成的微噴射流像利刃似的高頻高速?zèng)_擊壁面，致使壁面產(chǎn)生麻點(diǎn)及微小裂紋，連續(xù)頻繁的汽泡破裂會(huì)使材料疲勞剝落，形成蜂窩狀，汽蝕破壞除具有機(jī)械力作用外，同時(shí)還伴有電解、化學(xué)腐蝕等作用，從而造成了過流部件的早期損壞。

汽蝕產(chǎn)生的原因用分子理論學(xué)解釋：流體分子的密度隨壓力的增高而加大，隨壓力的降低而減小。由此我們可以想到，泵在吸入工作時(shí)，吸入管內(nèi)的壓力會(huì)逐漸降低，到葉輪入口處最低，顯然，液體密度也是在逐漸減小，液體分子間距離加大。但通過旋轉(zhuǎn)的葉輪增壓后，液體密度急劇增加，分子間距突然縮小，從而會(huì)分離出一些低壓汽泡，汽泡受壓力的作用及撓動(dòng)的液體撞擊會(huì)突然破裂，從而造成汽蝕。

為避免上述原因產(chǎn)生的汽蝕，則必須了解造成汽蝕的相關(guān)因素，通常引入的是汽蝕余量（又稱有效凈正吸頭）概念來描述汽蝕發(fā)生的界限，汽蝕余量的方程式為：

NPSHa = PC/ρg-hg-hc-Pv/ρg （1）

式中：NPSHa 為裝置的汽蝕余量； PC為吸入液面的壓力，對(duì)于敞開式吸入即外界大氣壓力；ρ為輸送介質(zhì)密度（kg/m3）；g為重力加速度（m/s2）；hg為吸入幾何高度（m），倒灌時(shí)取+值；Pv為汽化壓力（kg/cm3）；hc為吸入裝置的損失水頭（m）；吸入裝置的水力損失按下式計(jì)算：

hc = λLV2/2gD + ∑ ξV2/2g=（λL/D + ∑ ξ）V2/2g （2）

式中：λ位吸入管阻力系數(shù)；L為吸入管長(zhǎng)度；D為吸入管內(nèi)徑（m）；V為管內(nèi)液體流速（m/s）；∑ ξ為局部阻力系數(shù)之和。將式（2）帶入式（1）得：

NPSHa = PC/ρg-hg-（λL/D + ∑ ξ）V2/2g-Pv/ρg （3）

由式（3）可知，決定裝置內(nèi)汽蝕余量的參數(shù)有當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?、輸送介質(zhì)密度、吸入幾何高度、吸入管阻力系數(shù)、吸入管長(zhǎng)度、吸入管內(nèi)徑、局部阻力、流體速度、輸送液體溫度。其中影響因素最大的是：a、吸入幾何高度，因此一定要注意限制；b、管內(nèi)液體流速。大家知道，管內(nèi)流速與流量成正比，相同流量下與管內(nèi)徑成反比，這就充分說明了吸入管直徑需適當(dāng)加粗的原因；c、輸送介質(zhì)密度，由公式可以看出：輸送介質(zhì)密度大，吸入性能差。這就是為什么吸入漿體比吸入清水性能差的原因；d、吸入管長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則管路阻力越大，故在允許的情況下應(yīng)盡量縮短吸入管管長(zhǎng)。

由式（3）計(jì)算出的裝置汽蝕余量值若小于或等于所用泵該工作點(diǎn)下的汽蝕余量值，則該泵就定會(huì)產(chǎn)生汽蝕，泵不發(fā)生汽蝕的條件是：NPSHa= NPSHr （NPSHr 為泵必須汽蝕余量要求，產(chǎn)品樣本一般給出）

此外，與上述同機(jī)理的另一種汽蝕稱為間隙汽蝕，間隙汽蝕產(chǎn)生的原因是：高低壓差作用在小間隙部位，可使流體產(chǎn)生局部的、非常高速的射流，在這種情況下，雖然泵滿足汽蝕余量要求，但由于高速流動(dòng)的結(jié)果，在間隙內(nèi)將形成一個(gè)很低的靜壓力，甚至降到流體的汽化壓力而形成真空汽泡，這種汽泡在間隙下游流速較低的區(qū)域發(fā)生破裂而形成汽蝕。這種間隙汽蝕一般表現(xiàn)在高揚(yáng)程泵蝸殼隔舌處及葉輪前蓋板與吸入側(cè)的間隙內(nèi)，尤其泵工作在小流量情況下更為嚴(yán)重，勘察過流件破壞嚴(yán)重部位也正發(fā)生于此。

2、氣體氣蝕產(chǎn)生的原因及破壞機(jī)理

氣體氣蝕亦簡(jiǎn)稱氣蝕，其形成原因是：泵內(nèi)吸入溶解于液體中的各種氣體從泵液體中溢出形成氣體空腔，氣體空腔至高壓區(qū)后破裂而形成氣蝕。由于這類氣泡內(nèi)部有空氣存在，故自身具有可壓縮性，因而氣泡內(nèi)向爆裂時(shí)有緩沖作用，所以其單獨(dú)破壞作用不如真空汽蝕大。但是，由于吸入氣泡的數(shù)量一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)多余真空汽蝕所產(chǎn)生汽泡的數(shù)量，那么，其總體破壞作用也就顯得非常重要了。

氣體氣蝕破壞機(jī)理：一是存在著像真空汽蝕破壞一樣內(nèi)向爆破機(jī)理，二是存在著漿體中顆粒介質(zhì)氣液分離后的加速?zèng)_擊作用，由于這類氣泡比漿體質(zhì)量輕，所以它極易被旋轉(zhuǎn)的葉輪趕到蝸殼及前后護(hù)板壁面上及護(hù)板蝸殼的結(jié)合縫隙內(nèi)并在此處破裂，破裂后液體迅速補(bǔ)充空穴，加速撞擊壁面，這種頻繁撞擊，造成材料疲勞剝落，剝落后的凹坑更易存留氣泡，并且還會(huì)在此形成渦流，加速壁面磨損。（見下圖2所示）

此類屬氣蝕加高速旋流綜合破壞形式，過流件損壞很快，破壞后的外觀如熔巖洞滴石怪狀。

這里需提及一點(diǎn)的是：氣體氣蝕與抽空是兩個(gè)不相同的概念，抽空形成的是氣液分離，氣體氣蝕則是氣液溶解而后破裂所形成。

三、汽（氣）蝕的危害

1、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲

渣漿泵汽蝕時(shí)，汽泡在高壓區(qū)內(nèi)連續(xù)不斷發(fā)生突然潰滅，并伴隨著強(qiáng)烈的液擊，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻率為600～25000Hz的噪音，泵內(nèi)可聽到劈劈、啪啪的爆炸聲，同時(shí)機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)，機(jī)組的振動(dòng)又將促使更多的空泡發(fā)生潰滅，兩者相互激勵(lì)，當(dāng)頻率接近于裝置的固有頻率時(shí)，機(jī)組將發(fā)生強(qiáng)烈的共振，稱為汽蝕共振，振動(dòng)劇烈和噪聲過大時(shí)，泵應(yīng)停止工作。

2、過流部件的汽（氣）蝕破壞

渣漿泵長(zhǎng)時(shí)間在汽（氣）蝕條件下工作時(shí)，在連續(xù)強(qiáng)烈的高頻（600～25000Hz）沖擊下（壓力達(dá)50MPa），金屬表面初期會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)，后期金屬晶粒會(huì)松動(dòng)并脫落，呈現(xiàn)出蜂窩狀、海綿狀、溝槽狀、魚鱗狀甚至穿孔、斷裂。

實(shí)踐證明，汽（氣）蝕破壞的部位，正是汽泡消失之處，所以常常在葉輪出口和蝸殼進(jìn)口部位發(fā)現(xiàn)破壞痕跡，在葉輪兩側(cè)和外周、前后護(hù)板及蝸殼內(nèi)壁也會(huì)出現(xiàn)間隙汽蝕破壞。

3、性能下降

渣漿泵剛發(fā)生汽蝕時(shí)，對(duì)泵性能影響不大，待汽蝕發(fā)展到一定程度，由于葉輪和液體的能量交換受到干擾和破壞，大量的汽泡會(huì)堵塞流道，泵的流量、揚(yáng)程、效率 、軸功率曲線就也會(huì)顯著下降。

四、防止汽（氣）蝕破壞的措施

1、采用抗磨蝕材料的過流件

采用某些抗汽蝕破環(huán)性能良好的材料，可以在不同程度上減輕氣蝕破壞程度，提高渣漿泵過流件的工作壽命。如采用鈦合金、鎳合金等合金材質(zhì)過流件，均可獲得優(yōu)良的抗汽蝕破環(huán)性能。

2、提高過流件表面的加工精度和光潔度

渣漿泵過流部件過流表面，特別是容易發(fā)生汽蝕部位的表面制造加工質(zhì)量、幾何形狀精度和表面光潔度等，對(duì)于泵的汽蝕性能會(huì)產(chǎn)生一定影響。比較粗糙或不光潔的過流部件，在流量較小的時(shí)候，由于邊界層較厚，不會(huì)對(duì)汽蝕性能有什么影響，但是在大流量情況下，會(huì)對(duì)汽蝕的開始點(diǎn)造成影響。

另外，比較粗糙或不光潔表面，在汽蝕條件下會(huì)引起應(yīng)力集中，從而加速材料的破壞。

過流部件幾何形狀和加工精度的誤差將會(huì)造成液體流動(dòng)狀態(tài)的改變，如產(chǎn)生旋渦、撞擊和局部擴(kuò)散，從而增加了產(chǎn)生汽蝕的機(jī)會(huì)，尤其是葉輪葉片進(jìn)口附近的翼形幾何形狀、頭部尺寸、進(jìn)口邊位置、葉輪與密封環(huán)或泵體之間的間隙大小等，都會(huì)對(duì)葉輪的抗汽蝕性能產(chǎn)生一定的影響。

3、正確的設(shè)計(jì)吸入接管和吸入管路

渣漿泵吸入接管和吸入管路內(nèi)的壓力通常都很低，如果它們的尺寸和形狀選擇不當(dāng)，就容易在其內(nèi)發(fā)生汽蝕。因此，正確的設(shè)計(jì)吸入接管和吸入管路，以保證液流在其內(nèi)具有最小的阻力損失，并使得液流在進(jìn)入葉輪之前具有良好的流動(dòng)性能，將對(duì)于提高泵的汽蝕性能具有很大意義。

首先，應(yīng)采用最短的吸入管路，使其結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單和有利液體的流動(dòng)，并且盡量減小不必要的管路附件，如彎頭、附件等。

此外還應(yīng)該正確地選擇吸入管路的直徑。吸入管徑過大，在小流量工況時(shí)會(huì)在其內(nèi)產(chǎn)生回流現(xiàn)象，而直徑過小的話，就會(huì)產(chǎn)生較大的吸入磨擦損失，這樣都會(huì)降低葉輪吸入口的液體壓力，不利于汽蝕性能。吸入管徑對(duì)泵汽蝕性能的影響已被所進(jìn)行過的實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證，過小的吸入管徑將會(huì)導(dǎo)致泵汽蝕工況的提前產(chǎn)生，從而大大降低了泵的可調(diào)性能。

吸入接管的尺寸和結(jié)構(gòu)對(duì)泵汽蝕性能的影響是十分明顯的，因此更應(yīng)該予以重視。

4、減輕渣漿泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)

渣漿泵是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，它在運(yùn)行時(shí)或多或少的都會(huì)產(chǎn)生一些振動(dòng)，有時(shí)候，外界的機(jī)械振動(dòng)也會(huì)給泵的運(yùn)行帶來影響，造成泵運(yùn)行時(shí)的附加振動(dòng)。渣漿泵中料液的氣蝕會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的振動(dòng)，反之，機(jī)組的振動(dòng)也會(huì)影響泵的汽蝕性能降低，并且還會(huì)產(chǎn)生其他一些不利的影響，因此，應(yīng)該盡量減輕或消除機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)，以改善渣漿泵的水力性能和氣蝕性能。

5、避免氣泡進(jìn)入泵內(nèi)

對(duì)于壓入式工作的渣漿泵，真空汽蝕現(xiàn)象較少，而氣體氣蝕卻廣泛存在，而氣體氣蝕產(chǎn)生的原因是由于液體中混合了氣泡，液體中混合氣泡形成大概有如下幾種原因：

（1）、選礦流程中加入的藥劑會(huì)產(chǎn)生氣泡，氣泡極易混入在料液內(nèi)，并隨料液流入泵內(nèi)。

（2）、料液進(jìn)入料液池時(shí)的水力沖擊，造成料液翻卷并裹入氣泡。

（3）、料液池液面太低、吸入池體積太小或吸入口位置布置不合理，造成吸入口形成漩渦帶進(jìn)氣體。

（4）、吸入管路裝置或填料部位密封不嚴(yán)造成空氣進(jìn)入。

針對(duì)氣泡產(chǎn)生的原因我們只要采取有效的解決方法便可避免氣體氣蝕，具體針對(duì)性的做法這理就不再贅述。

四、結(jié)束語

汽（氣）蝕是渣漿泵過流件破壞的重要原因，大多數(shù)使用中的渣漿泵經(jīng)常在汽（氣）蝕狀態(tài)下運(yùn)行，因而在使用時(shí)一定要引起高度的重視，這樣做會(huì)使泵過流部件的壽命、泵的效率大大提高，安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行才能得到保證，從而帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介

鄭應(yīng)清（1968-），男，云南個(gè)舊人，大學(xué)本科，機(jī)械工程師，從事設(shè)備能源管理工作。