蒸汽腐蚀,又称空化,是一种特殊的液体物理现象。在水泵运行过程中,由于某些原因,泵的局部压力降低到相应温度下的饱和蒸汽压力(蒸汽压力),水开始蒸发,产生大量气泡。气泡随水流向前移动,移动到高压部位,迅速凝结和崩溃。泵内水流中气泡的产生涉及物理化学现象、噪声、振动和过流部件的侵蚀。这种现象被称为泵的蒸汽腐蚀现象。
在水泵产生蒸汽腐蚀的过程中,由于水流中的气泡破坏了水流的正常流量规律,改变了从流道到过流面积和流量方向,破坏了叶轮与水流之间能量交换的稳定性,增加了能量损失,导致离心泵的流量、扬程和效率迅速下降,甚至达到断流状态。这种工作性能的变化对于不同比转数的泵是不同的。低比转数离心泵叶槽狭长,宽度小,容易被气泡堵塞。气蚀发生后,Q-H和Q-H曲线迅速下降。对中,由于叶轮槽较宽,高比转速离心泵和混合流泵不易被气泡堵塞,Q-H和Q-H曲线在气蚀严重时逐渐下降,开始急剧下降。对于高比转数轴流泵,由于叶片之间的流道较宽,气蚀区域不易扩展到整个叶槽,Q-H和Q-H曲线缓慢下降。
当泡沫破裂时,于惯性,水流高速冲入泡沫中间,产生强水锤,压力可达(33-5700)mpa,冲击频率可达2-3万次/s。如此大的压力频率作用于过流部件,导致金属表面局部塑性变形、硬化脆化和疲劳。金属表面开始呈峰窝状,然后应力更集中,叶片开裂剥落。这是汽蚀的机械剥蚀。
在低区产生气泡的过程中,溶解在水中的气体也从水中沉淀出来,所以气泡实际上是水蒸气和空气的混合物。活波气体(如氧气)在气泡凝结时产生的高温下对金属表面产生化学腐蚀。
在高温高压下,水流会产生带电现象。由于蒸汽腐蚀,过流部件的不同部位形成温差热电偶,导致金属表面电解(即电化学腐蚀)。
此外,当水中沉积物含量较高时,由于沉积物的磨损,立式离心泵过流部件的表面受损,汽蚀加速了过流部件的腐蚀程度。
气泡凝结溃烂时,压力瞬间升高,水流质点之间的冲击,过流部件的冲击,使水泵产生噪声和振动。