泵與閥門：第 8節(jié) 水泵內(nèi)的汽蝕

1、 一、汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響一、汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響 1. 1. 汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象 使水的某一溫度保持不使水的某一溫度保持不 變，逐漸降低液面上的絕變，逐漸降低液面上的絕 對壓強(qiáng)，當(dāng)該壓強(qiáng)降到某對壓強(qiáng)，當(dāng)該壓強(qiáng)降到某 一壓強(qiáng)時(shí)，水也會汽化，一壓強(qiáng)時(shí)，水也會汽化， 這個(gè)壓強(qiáng)稱為水在該溫度這個(gè)壓強(qiáng)稱為水在該溫度 下的汽化壓強(qiáng)，下的汽化壓強(qiáng)， 用符號用符號 表示。表示。 我們把汽泡的形成破裂以至材料受到我們把汽泡的形成破裂以至材料受到 破壞的全部過程，稱為破壞的全部過程，稱為汽蝕現(xiàn)象汽蝕現(xiàn)象。 2. 汽蝕對泵工作的影響汽蝕對泵工作的影響 在離心泵中，從對汽在離心泵中，從對汽 蝕的觀察發(fā)現(xiàn)壓

2、強(qiáng)最蝕的觀察發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)最 低點(diǎn)（汽化點(diǎn)）發(fā)生低點(diǎn)（汽化點(diǎn)）發(fā)生 在如圖所示的幾個(gè)部在如圖所示的幾個(gè)部 位；而且，工況不同，位；而且，工況不同， 汽化發(fā)生的先后部位汽化發(fā)生的先后部位 也不相同。也不相同。 汽蝕的結(jié)果汽蝕的結(jié)果 (1) 材料的破壞材料的破壞 由于機(jī)械剝蝕與化學(xué)由于機(jī)械剝蝕與化學(xué) 腐蝕的共同作用，使腐蝕的共同作用，使 材料受到破壞材料受到破壞 (2) 噪聲和振動(dòng)噪聲和振動(dòng) 由于汽泡破壞，高速度沖擊引起嚴(yán)重的噪聲由于汽泡破壞，高速度沖擊引起嚴(yán)重的噪聲 (3) 性能下降性能下降 汽蝕發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，由于有大量汽泡存在而堵塞汽蝕發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，由于有大量汽泡存在而堵塞 流動(dòng)面積流動(dòng)面積 ，這些既改

3、變了液體流動(dòng)的方向，又，這些既改變了液體流動(dòng)的方向，又 減少了流體從葉片獲得的能量，導(dǎo)致?lián)P程下降，減少了流體從葉片獲得的能量，導(dǎo)致?lián)P程下降， 效率也相應(yīng)降低。效率也相應(yīng)降低。 二、汽蝕余量二、汽蝕余量 NPSH 汽蝕余量汽蝕余量是表示汽蝕性能的參數(shù)，國外一般叫做是表示汽蝕性能的參數(shù)，國外一般叫做 凈正吸入水頭凈正吸入水頭(Net Positive Suction Head)，用用 符號符號NPSH表示，分為表示，分為有效的汽蝕余量有效的汽蝕余量NPSHa和和 必需的汽蝕余量必需的汽蝕余量NPSHr 泵在運(yùn)行中是否發(fā)生汽蝕和泵的吸入裝置情況有關(guān)，按 泵在運(yùn)行中是否發(fā)生汽蝕和泵的吸入裝置情況有關(guān)，

4、按 照泵的吸入裝置情況所確定的汽蝕余量稱為照泵的吸入裝置情況所確定的汽蝕余量稱為有效的汽蝕有效的汽蝕 余量余量 泵在運(yùn)行中是否發(fā)生汽蝕與泵本身的汽蝕性能有關(guān)，泵泵在運(yùn)行中是否發(fā)生汽蝕與泵本身的汽蝕性能有關(guān)，泵 本身的汽蝕性能通常用本身的汽蝕性能通常用必需的汽蝕余量必需的汽蝕余量表示表示 1.有效汽蝕余量有效汽蝕余量 有效汽蝕余量：在泵吸入口處，單位重量液體所 具有的超過汽化壓強(qiáng)的富余能量。 有效汽蝕余量可用下式表示：有效汽蝕余量可用下式表示： （1-69） 式中：式中： 泵吸入口壓強(qiáng)，泵吸入口壓強(qiáng)，Pa 泵吸入口平均速度，泵吸入口平均速度，m/s 液體汽化壓強(qiáng)，液體汽化壓強(qiáng)，Pa 流體密度，流

5、體密度，Kg/m3 如圖如圖1-41以水池水面為基準(zhǔn)面，列出伯努利方程：以水池水面為基準(zhǔn)面，列出伯努利方程： 可以認(rèn)為 ，則 （1-70） 式中： 幾何安裝高度 吸水池液面壓強(qiáng) 吸入管路中的流 動(dòng)損失 wg ssee hH g v g p g v g p 22 22 0 e v w sse g h g v g p g p H 2 2 g H e p w h 立式離心泵的幾何安裝高度立式離心泵的幾何安裝高度 大型泵的幾何安裝高度大型泵的幾何安裝高度 由（由（1-70） ，得，得 將上式代入（將上式代入（1-69） 中得：中得： （1-71） 式中：式中： 泵吸入口壓強(qiáng)泵吸入口壓強(qiáng) 泵吸入口平均速

6、度泵吸入口平均速度 液體的汽化壓強(qiáng)液體的汽化壓強(qiáng) 流體密度流體密度 正確的確定泵的幾何安正確的確定泵的幾何安 裝高度，是保證泵在設(shè)裝高度，是保證泵在設(shè) 計(jì)工況下不發(fā)生汽蝕的計(jì)工況下不發(fā)生汽蝕的 重要條件重要條件 在吸入容器液面高出水在吸入容器液面高出水 泵軸線時(shí)，幾何安裝高泵軸線時(shí)，幾何安裝高 度就成了倒灌高度或灌度就成了倒灌高度或灌 注水頭，即注水頭，即 （1-72） 在在 和和 不變時(shí)，當(dāng)不變時(shí)，當(dāng) 流量增加，由于吸入流量增加，由于吸入 管路中的流動(dòng)損失管路中的流動(dòng)損失hw 增加，所以增加，所以NPSHa 減小，從而容易發(fā)生減小，從而容易發(fā)生 汽蝕。汽蝕。 g pe g H 在非飽和容器中

7、，泵所輸送的液體溫度越高，在非飽和容器中，泵所輸送的液體溫度越高， 汽化壓強(qiáng)就越大，汽化壓強(qiáng)就越大， 也就越小，就越容易也就越小，就越容易 發(fā)生汽蝕。發(fā)生汽蝕。 當(dāng)吸入容器中的壓強(qiáng)為汽化壓強(qiáng)時(shí)，即當(dāng)吸入容器中的壓強(qiáng)為汽化壓強(qiáng)時(shí)，即 ，則，則 電廠中的凝水泵和給水泵都屬于這種情況電廠中的凝水泵和給水泵都屬于這種情況 2.必需汽蝕余量必需汽蝕余量 如圖所示為液流從泵如圖所示為液流從泵 吸入口到葉輪出口沿吸入口到葉輪出口沿 流程的壓強(qiáng)變化。流程的壓強(qiáng)變化。 液體壓強(qiáng)從吸入口吸入口隨 著流動(dòng)下降，到葉輪葉輪 流道內(nèi)緊靠葉片進(jìn)口流道內(nèi)緊靠葉片進(jìn)口 緣偏向前蓋板的緣偏向前蓋板的k處處壓 強(qiáng)變?yōu)樽畹停撕笥?/p>

8、 于葉片對流體做功， 壓強(qiáng)上升。 為什么會壓強(qiáng)下降呢為什么會壓強(qiáng)下降呢 液流從吸入管至葉輪進(jìn)口一般因斷面稍有收縮，液流從吸入管至葉輪進(jìn)口一般因斷面稍有收縮， 有加速損失；另外，液流從吸入口有加速損失；另外，液流從吸入口s-s斷面流向斷面流向k- k斷面時(shí)，有流動(dòng)損失。斷面時(shí)，有流動(dòng)損失。 從吸入口從吸入口s-s斷面流向斷面流向k-k斷面時(shí)，由于液流方向斷面時(shí)，由于液流方向 和大小都發(fā)生變化，引起絕對速度分布不均勻。和大小都發(fā)生變化，引起絕對速度分布不均勻。 由于流體進(jìn)入葉輪流道時(shí)，要繞過葉片進(jìn)口邊，由于流體進(jìn)入葉輪流道時(shí)，要繞過葉片進(jìn)口邊， 從而造成相對速度增大和分布不均勻，引起壓強(qiáng)從而造成相

9、對速度增大和分布不均勻，引起壓強(qiáng) 下降。下降。 式中：式中： 葉片進(jìn)口葉片進(jìn)口o處液體的絕對速度處液體的絕對速度 葉片進(jìn)口葉片進(jìn)口o處液體的相對速度處液體的相對速度 、 葉片進(jìn)口處繞流壓降系數(shù)葉片進(jìn)口處繞流壓降系數(shù) 當(dāng)當(dāng)k-k斷面處的最低壓強(qiáng)斷面處的最低壓強(qiáng)大于大于汽化壓強(qiáng)時(shí)，汽化壓強(qiáng)時(shí)， 就不會發(fā)生汽蝕就不會發(fā)生汽蝕 o v o w 1 2 必需汽蝕余量隨流量變化而變化必需汽蝕余量隨流量變化而變化 3.有效汽蝕余量和必需汽蝕余量關(guān)系有效汽蝕余量和必需汽蝕余量關(guān)系 有效汽蝕余量標(biāo)志泵使用時(shí)使用時(shí)汽蝕性能的參數(shù) 必需汽蝕余量標(biāo)志泵本身本身汽蝕性能的參數(shù) 汽蝕臨界點(diǎn) 臨界流量 3.允許汽蝕余量NP

10、SH l 當(dāng)有效汽蝕余量等于必需汽蝕余量時(shí)，即當(dāng)有效汽蝕余量等于必需汽蝕余量時(shí)，即 NPSHa=NPSHr，就發(fā)生汽蝕。由試驗(yàn)確定的汽蝕余量就發(fā)生汽蝕。由試驗(yàn)確定的汽蝕余量 的臨界值，用的臨界值，用NPSHmin表示表示。 l 允許汽蝕余量允許汽蝕余量 NPSH=NPSHmin+0.3 l 由上述汽蝕條件，及式（由上述汽蝕條件，及式（1-71） 得泵的允許幾何安裝高度得泵的允許幾何安裝高度Hg與允許汽蝕余量與允許汽蝕余量NPSH的的 關(guān)系，即關(guān)系，即 三、吸上真空高度 1.1.允許吸上真空高度允許吸上真空高度 由式（由式（1-70） 如果液面壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)，如果液面壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)， 則有則

11、有 （1-77） 吸上真空高度等于吸上真空高度等于 開始發(fā)生汽蝕時(shí)的開始發(fā)生汽蝕時(shí)的Hs稱為最大吸上真空高度，用稱為最大吸上真空高度，用 Hsmax表示。表示。 允許吸上真空高度為允許吸上真空高度為 將上式代入（將上式代入（1-77） 中中 得允許幾何安裝高度與允許吸上真空高度的關(guān)系得允許幾何安裝高度與允許吸上真空高度的關(guān)系 式，即式，即 （1-78） 為提高泵的允許幾何安裝為提高泵的允許幾何安裝 高度，就必須減小高度，就必須減小 和和 。 減小減小 ，可以在同一流，可以在同一流 量下，選用直徑稍大的吸量下，選用直徑稍大的吸 入管路。入管路。 要減小要減小 ，除了選用直徑，除了選用直徑 稍大的

12、吸入管路，吸入管稍大的吸入管路，吸入管 應(yīng)盡可能短，并且盡量減應(yīng)盡可能短，并且盡量減 少管路附件。少管路附件。 g vs 2 2 w h g vs 2 2 w h 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的Hs要轉(zhuǎn)換成不同使用 情況下的Hs 式中： 泵使用地點(diǎn)的允許吸上真空高度 泵樣本或說明書中給出的允許吸上真空 高度 泵使用地點(diǎn)的大氣壓頭 泵所輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓頭 10.33和0.24分別為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下和20常溫水的飽 和蒸汽壓頭，m s H s H a H v H 不同海拔高度時(shí)的大氣壓頭和不同水溫時(shí)的不同海拔高度時(shí)的大氣壓頭和不同水溫時(shí)的 飽和蒸汽壓頭值飽和蒸汽壓頭值 例例1-5 某臺離心水泵需要安裝在地形高

13、度為海拔某臺離心水泵需要安裝在地形高度為海拔500 米的地方，當(dāng)?shù)叵奶焖疁貫槊椎牡胤?，?dāng)?shù)叵奶焖疁貫?040，吸入裝置的管路，吸入裝置的管路 流動(dòng)損失為流動(dòng)損失為1 1米，吸入速度水頭為米，吸入速度水頭為0.20.2米。米。 （1 1）從泵樣本上查得允許汽蝕余量為從泵樣本上查得允許汽蝕余量為NPSH=3.29NPSH=3.29 米，問該水泵的幾何安裝高度米，問該水泵的幾何安裝高度HgHg為多少？為多少？ （2 2）如泵樣本給出的不是如泵樣本給出的不是NPSHNPSH，而是允許吸上，而是允許吸上 真空高度真空高度Hs=7Hs=7米，問修正后的米，問修正后的HsHs 應(yīng)為多少？應(yīng)為多少？ 水泵的幾何安裝高度水泵的幾何安裝高度HgHg應(yīng)為多少？應(yīng)為多少？ 解解：由表由表1-2查得海拔查得海拔500米時(shí)的大氣壓頭米時(shí)的大氣壓頭Ha為為9.7米，由表米，由表 1-3查得水溫為查得水溫為40時(shí)的飽和蒸汽壓頭時(shí)的飽和蒸汽壓頭HvHv為為0.750.75米。米。 （1 1）由公式）由公式 （2 2）由公式）由公式 代入數(shù)據(jù)，得代入數(shù)據(jù)，得 泵的幾何安裝高度為泵的幾何安裝高度為 mhNPSH g P g P H w ve g 66. 4129. 375. 07 . 9 vass HHHH 24. 033.10 mH s 86. 575. 024. 07 . 9