泵汽蚀及如何避免

2020年11月23日

什么是空化?

所有泵的运行方式都是在进口处产生低压,并允许大气(或系统)压力将流体推入泵内。这一过程使所有泵都容易受到一种称为气穴现象的影响。空化是当局部压力迅速降低到低于液体蒸汽压力时,液体内部形成蒸汽腔(气泡)。这会在液体内部形成一个汽泡,通常会持续很短的时间,然后再坍缩成液体。崩塌是剧烈的,产生巨大的爆裂声,并经常损坏附近的地表。当受到气泡内爆产生的强大局部射流时,即使是坚固的金属也会出现点蚀。

正排量泵内空化气泡的生命周期

空化气泡的生命周期

在泵内部,气穴通常起源于存在局部低压区域的运动部件后面。用户可能不会注意到这一点,但这将开始损坏泵内的部件,必须避免。随着系统进口压力的降低,气穴将变得更加突出,产生泵波动,发出巨大的噪音,有时会导致泵出口处的液体混浊。

空化的起始点是非常复杂的。它是流体粘度、蒸汽压、密度、温度、液压升程、大气压、泵类型和泵速度的组合。空化的前兆通常是被困在液体中的原有气体的增长。虽然这些气泡不会对泵造成损害,但会降低流体输送的准确性。

进口限制

到目前为止,在使用容积式泵时,最常见的气穴现象是在泵的进口处使用长的、小直径的管道。管道压降的一般方程为,式中:

Q=流量
动态粘度
L=管道长度
D =油管内径

请注意,压力降取决于D4,因此,倍增的内径将减少压力降的16倍!上述方程仅适用于层流(雷诺数< 2320)。对于紊流,方程更加复杂,依赖于密度而不是粘度。

DPP管内层流与湍流的比较

DPP管内层流与湍流的比较

油管并不是液压系统设计者经常忽略的唯一压力降来源。进口过滤器、止回阀和孔口是增加进口真空度的部件的例子。特别是,必须仔细选择止回阀,以免产生过高的真空。

往复式容积泵中的气穴现象

往复式正排量泵通常不会像高速旋转泵那样出现内部的、高度局部化的空化现象。然而,它们确实有高脉冲流率,这导致峰值流率高达平均流率的三倍。更重要的是,流体的频繁停止/启动会在入口产生惯性真空。当泵开始通过进口将流体吸入时,其后面的流体必须加速。与粘性阻力一样,长细油管是最糟糕的真空相关的流体加速度(与D2成比例)。这些方面的往复式泵可以惊讶的系统工程师谁是设计的平均流量。

往复泵中的脉冲流

往复泵中的脉冲流

除了前面提到的产生真空的阻力之外,高速移动的元件在移动元件的后面会产生一个低压区域。这在较高直径的部件中是一个风险,如离心泵的螺旋桨或叶轮,对较小的齿轮泵没有强大的影响。然而,内部空化可能发生在齿轮泵在齿轮啮合时,两个齿轮之间的空隙打开,新创建的体积迅速充满液体。这种影响可以通过精密加工的斜齿轮最小化,从而产生齿轮啮合的平滑开口。然而,当转速高于3000 rpm时,泵内的内部机构会在水中产生高达0.1 bar的局部压降。

外齿轮泵中常见的气穴位置

外齿轮泵中常见的气穴位置

外部齿轮泵中常见的气穴位置

蠕动泵和波瓣泵在其流量剖面中具有相对较强的脉动。这种脉动会产生与往复式泵类似的瞬态真空。因此,在使用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种度量。在这个行业中,离心泵和涡轮制造商通常给他们的泵一个汽蚀余量额定值,表示在吸入口保持泵不空化所需的最小压力。汽蚀余量以英尺为单位通常是由于这是常见的单位压力(头)处理土木工程师在美国正排量泵在医学,食品和饮料,和轻型工业应用程序通常不附加泵汽蚀余量值由于大型流体的变化,温度,速度,以及其他操作条件。

避免汽蚀的最好方法是在设计液压系统时尽早与泵供应商接洽。泵工程师了解泵的灵敏度,知道可容忍的真空度水平,并有丰富的经验定制液压系统,以避免汽蚀。系统设计人员和泵工程师将简化设计过程,避免设计周期后期的迭代。

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