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毕 业 小 专 题
姓名： 年级： 2008级 学校： 山东科技大学
浅析矿用离心式水泵的汽蚀
（中国冶金地质总局山东正元地质勘查院，济南 250101）
摘要：排水设备作为煤矿四大固定机械设备之一，承担着排除涌水、预防水灾、保障安全的重
要任务。离心式水泵在运行过程中发生汽蚀是一种常见的故障现象。汽蚀的发生,会造成水泵扬程、流量及效率的显著下降,同时还会产生噪音和振动。汽蚀严重时导致水泵吸不上水而断流,过大的
水锤压力甚至会损坏水泵的过流部件。本文通过分析汽蚀产生的原因及危害,探讨如何增强水泵的抗汽蚀性能,避免汽蚀现象的产生,以提高水泵的运行效率,延长水泵的使用寿命。
1 引言
伴随着国民经济的快速发展，我国的能源需求总量正呈迅猛增长之势。由缺油、少气、富煤条件决定的“以煤为主”的我国能源消费格局，在新的替代能源大规模工业化开发利用期到来之前，仍将在较长时间内继续维持。因此，煤炭的安全生产和良性供应具有十分重要的战略意义，而由煤炭储藏的隐蔽性决定的生产过程的特殊性、复杂性和危险性，更使其成为世人关注的焦点、重点。为确保煤矿的安全生产，消灭其五大灾害之一得水灾，及时排除涌入矿井工作面和巷道的矿水-自然涌水和开采工程涌水，其主体承担设备-水泵，地位重要，影响巨大，既肩负维护矿井安全的重任，又影响着矿井的生产效益，并服务于矿井的整个生产周期。为此，必须作好及时发现安全隐患，排除工作故障，维护稳定经济运行的工作。除极少数露天及斜井开拓的矿井外，矿井主排水泵均为离心式水泵，且以卧式泵为主。此类水泵工作过程中，常见却难以采用单一方法和措施排除的故障-汽蚀，对其正常运行影响最大。
2 离心式水泵汽蚀的机理
为保证矿井的安全，其主排水系统的水泵绝大多数采用负压吸水方式。其布置方案见图1，当离心式水泵吸水口侧压力等于或低于其工作水温下的饱和蒸汽压Pb，即Px≤Pb时，部分矿水即汽化形成气泡，混入高速水流；裹挟着气泡的水流在进水口负压的作用下进入首级叶轮，之后再叶轮的动力作用下压力逐渐升高，当压力大于饱和蒸汽压时，蒸汽的凝结
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将造成气泡破灭，致使叶轮内流道高速水流中产生压力空穴；周围高速水流的快速补充引发的压力冲击，对叶轮内流道形成高频压力冲击，最终导致其表面疲劳剥落，进而在氧气和其它有害物质的作用下，发生电化学腐蚀，形成蜂窝状空洞，即汽蚀。
1.真空表；2.压力表3.水泵
图1 矿用离心式水泵吸水管路安装示意图
3 汽蚀的征兆
由前述分析可知，汽蚀产生的基本条件为Px≤Pb，即实际水泵的吸水侧真空度Pz=Pa-P1大于了汽蚀允许真空度Ps。基本过程为：饱和状态下矿水汽化形成气泡阻塞流道，干扰正常流动，造成水泵出口压力出口压力下降、流量下降；同时高压区气泡破裂引发噪声和振动。其宏观特征表现为：
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（1） 进水口侧真空表1指数上升，超过正常允许值。 （2） 出水口侧压力表2指数下降，低于正常工作范围 （3） 泵体振动，伴随非正常噪音 （4） 水泵流量减小，甚至断流。
4.影响矿用离心式水泵汽蚀的因素 4.1矿井吸水管路特性方程
参加图1，列吸水井水平0-0与水泵吸水口侧断面a-a间的能量方程有：
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2?x?x将hwx????2g??xdx2g ?x?4Q ?dx2代入上式，得：矿井吸水管路特性方程：
Hs'?Hx?RxQ2 （1）
?其中：Rx?? （2） ?????1??x?45?2?dxdx??g?11x8式中：Hs'-水泵吸水管路实际吸水真空高度，m； Hx-水泵安装高度，m；
Px水泵吸水口侧绝对压力，Pa；
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