泵與風機-泵的氣蝕4

1、第四章 泵的氣蝕章節(jié)結(jié)構(gòu)：章節(jié)結(jié)構(gòu)：第一節(jié) 氣蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響第二節(jié) 吸上真空高度HS第三節(jié) 氣蝕余量（重點內(nèi)容）第四節(jié) 氣蝕相似定律及氣蝕比轉(zhuǎn)速第五節(jié) 提高泵抗氣蝕性能的措施第一節(jié)第一節(jié) 氣蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響氣蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響（水力機械的系統(tǒng)和設備）（水力機械的系統(tǒng)和設備）1、定義：、定義： 由于氣化產(chǎn)生氣泡，氣泡進入高壓區(qū)破裂，引發(fā)周圍液體高頻碰撞而導致材料受到破壞的全部過程。4 從熱力學可知，水在常壓下，當溫度達到一定值時開始沸騰汽化。反過來，在溫度一定時，壓力越低，就越容易汽化。即汽化時的壓力和溫度有一一對應的關系。 另一方面，從泵的工作原理知，泵是靠在吸入口處產(chǎn)

2、生真空而由大氣壓力把水池中的水壓入泵中的。因此，在泵的吸入口處希望能維持一定的真空度。 壓力較低時，當達到某一值(對應溫度下的飽和壓力)后，此處的水就會產(chǎn)生汽化。另外由于壓力較低，在常壓下溶解在水中的一些其他氣體也開始釋放出來，從而形成一定數(shù)量的氣泡。2 2、形、形 成：成：機械侵蝕機械侵蝕化學腐蝕化學腐蝕內(nèi)向爆炸性冷凝沖擊，微細射流內(nèi)向爆炸性冷凝沖擊，微細射流疲勞破壞疲勞破壞汽泡潰滅汽泡潰滅活性氣體活性氣體凝結(jié)熱凝結(jié)熱腐蝕性破壞腐蝕性破壞汽蝕對泵葉輪的破壞汽蝕對泵葉輪的破壞電廠循環(huán)水泵葉輪汽蝕電廠循環(huán)水泵葉輪汽蝕工人正使用高分子鈦合金涂料做葉輪涂層工人正使用高分子鈦合金涂料做葉輪涂層點蝕點蝕

3、汽泡形成汽泡形成發(fā)展發(fā)展?jié)鐫邕^流壁面破壞的全過程。過流壁面破壞的全過程。3 3、分、分 類：移動汽蝕、固定汽蝕、旋渦汽蝕、振動汽蝕。類：移動汽蝕、固定汽蝕、旋渦汽蝕、振動汽蝕。蜂窩狀汽蝕。蜂窩狀汽蝕。圖4-1 葉輪內(nèi)氣蝕發(fā)生的部位泵內(nèi)氣蝕發(fā)生與發(fā)展的過程潛伏氣蝕（初生氣蝕）泵的斷裂工況7 1、造成材料破壞，縮短泵的使用壽命：粗糙多孔、造成材料破壞，縮短泵的使用壽命：粗糙多孔顯微顯微裂紋裂紋蜂窩狀或海綿狀侵蝕蜂窩狀或海綿狀侵蝕呈空洞。呈空洞。 3、性能下降、性能下降 2、產(chǎn)生噪聲和振動：若振動產(chǎn)生汽泡，汽蝕產(chǎn)生振動、產(chǎn)生噪聲和振動：若振動產(chǎn)生汽泡，汽蝕產(chǎn)生振動互相激勵互相激勵汽蝕共振。汽蝕共

4、振。一、氣蝕現(xiàn)象及危害一、氣蝕現(xiàn)象及危害低壓區(qū)低壓區(qū)產(chǎn)生氣泡產(chǎn)生氣泡高壓區(qū)高壓區(qū)氣泡破裂氣泡破裂產(chǎn)生局部真空產(chǎn)生局部真空水力水力沖擊沖擊發(fā)生振動、噪發(fā)生振動、噪音，對部件產(chǎn)生麻點、音，對部件產(chǎn)生麻點、蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。泵的流量泵的流量小于小于設計流量時，壓設計流量時，壓力最低的部位在此。力最低的部位在此。泵的流量泵的流量大于大于設計流量時，設計流量時，壓力最低的部位在此。壓力最低的部位在此。一、氣蝕現(xiàn)象及危害一、氣蝕現(xiàn)象及危害低壓區(qū)低壓區(qū)產(chǎn)生氣泡產(chǎn)生氣泡高壓區(qū)高壓區(qū)氣泡破裂氣泡破裂產(chǎn)生局部真空產(chǎn)生局部真空水力水力沖擊沖擊發(fā)生振動、噪發(fā)生振動、噪音，部件產(chǎn)生麻點、音，部件產(chǎn)生麻

5、點、蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。一、氣蝕現(xiàn)象及危害一、氣蝕現(xiàn)象及危害（1）汽蝕程度較小時，對性能的影響不大(有時，因有氣泡，在氣泡數(shù)適當時，還可減小液固之間的摩擦力，反倒使效率有所提高)，但該情況屬于潛伏汽蝕，此時材料同樣會遭受沖擊，慢慢剝蝕。（2）當氣泡數(shù)量很多時，因氣體的體積遠大于水的體積，大部分流道被氣泡占據(jù)，輸送的流體數(shù)量明顯減少堵塞，即斷裂工況，使性能迅速惡化.（3）從圖4-3到圖4-5：ns氣蝕越不易發(fā)生低比轉(zhuǎn)速大比轉(zhuǎn)速高比轉(zhuǎn)速12 第二節(jié)第二節(jié) 吸上真空高度吸上真空高度HS圖4-3 ns =70的單級離心泵發(fā)生氣蝕的性能曲線吸水池液面吸水池液面e-e及泵入口斷面及泵入口斷

6、面s-s之間的之間的有：有：w2ssgeg2g0g0hpHp泵吸入口真空計或壓強計泵吸入口真空計或壓強計吸水池液面吸水池液面e-e在介紹汽蝕余量時在介紹汽蝕余量時要用到此關系式要用到此關系式 立式泵的幾何安裝高度hg ：第一級工作葉輪進口邊的中心線至吸水池液面的高度差。w2ssegg2gghppH吸水池液面為大氣壓吸水池液面為大氣壓pa tm時，時，令令ggsppHatms稱為吸上真空稱為吸上真空高度，則上式變?yōu)椋焊叨?，則上式變?yōu)椋簑2ssgg2hHH 當當qV=C時，時，Hg(Hs)HsHsmaxpsminpkpV時，泵時，泵內(nèi)開始發(fā)生汽蝕。內(nèi)開始發(fā)生汽蝕。Hsmax值由制造廠值由制造廠。

7、為了保證為了保證泵不發(fā)生汽蝕泵不發(fā)生汽蝕，把，把Hsmax減去減去一個一個安全量安全量K, 作為作為而載入泵的產(chǎn)品樣本中，并用而載入泵的產(chǎn)品樣本中，并用Hs表示，即：表示，即：Hs=Hsmax0.3 （1）Hs (qV)。確定確定Hg 時，必須以泵在時，必須以泵在運行中運行中可能可能出現(xiàn)的出現(xiàn)的最大流量最大流量所所對應對應的的Hs 為準。為準。s2ssgg2hHH （2-4）在計算在計算Hg 中必須注意以下三點：中必須注意以下三點： （2） Hs值是泵制造廠在值是泵制造廠在 pa=10.13104 Pa，t =20 的的清清水水下由試驗得出的。當下由試驗得出的。當使用條件變化使用條件變化時，時

8、，應對應對樣本的樣本的Hs 值進值進行修正行修正。（2-5）24.033.10gssVappHH大氣壓頭飽和蒸汽壓頭標準條件 【例例2-1】 在海拔500m某地安裝一臺水泵，其輸水量qV=135L/s，輸送水溫 t =30，該泵樣本上提供的允許吸上真空高度Hs =5.5m.吸水管內(nèi)徑 d=250mm, 設吸入管路總損失hs=0.878m.求Hg應為多少？ 【解解】 由表4-1查得海拔500m力時大氣壓強 pa= 9.51104Pa，由附錄查得水溫為 t =30時的飽和蒸汽壓強 pV =4246.0Pa。查表得30水的密度 =995.6/m3。由換算公式得修正后的吸上真空高度為：24. 033.

9、10gssVappHH)m(67. 424. 033.10806. 96 .9950 .42461051. 95 . 54又因為：) s/m(752. 2 . 225. 014. 31013544232sdqAqVV)m(385. 0806. 92752. 2g222s所以，泵的幾何安裝高度應為：)m(41. 3878. 0385. 067. 4g2s2ssgghHHH18NPSH: Net Positive Suction Head 泵內(nèi)流體汽蝕現(xiàn)象理論：液體汽化壓強泵內(nèi)流體汽蝕現(xiàn)象理論：液體汽化壓強（pV）為初生為初生汽蝕的臨界壓強。當泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕時，必有：汽蝕的臨界壓強。當泵內(nèi)剛發(fā)生汽

10、蝕時，必有：稱稱泵吸入口液流的總能頭高于汽化壓強的的富余能頭泵吸入口液流的總能頭高于汽化壓強的的富余能頭為汽為汽蝕余量，以符號蝕余量，以符號 NPSH 表示。表示。ps pK=pV 。分類 NPSHa NPSHr 1、定義g2gggNPSH2sssaVVpppE位能以中心線為基準，即，位能以中心線為基準，即，z=0 NPSHa=f ， ，而與泵的，而與泵的結(jié)構(gòu)無關，故又稱為結(jié)構(gòu)無關，故又稱為裝置汽蝕余量裝置汽蝕余量；NPSHa 。將泵吸入管路能量方程式：將泵吸入管路能量方程式：w2ssgeg2g0g0hpHp代入上式得：代入上式得： 0gNPSHwgeahHppV2sVqh ，故當，故當qVN

11、PSHa。而且由于而且由于 應注意的是：應注意的是：Hg 值的正、負值的正、負以吸入池液面為基準，當以吸入池液面為基準，當泵軸高于吸水液面時為正泵軸高于吸水液面時為正。0gNPSHwgeahHppV 在火力發(fā)電廠中在火力發(fā)電廠中, 凝結(jié)水泵和給水泵吸入容器液面凝結(jié)水泵和給水泵吸入容器液面壓強均為相應溫度下的汽化壓強，則下式壓強均為相應溫度下的汽化壓強，則下式 即，即，?？筛膶憺椋嚎筛膶憺椋篘PSHa=Hghs0只有：只有：Hg =Hd 0，才有可能使才有可能使NPSHa0利用能量方程可以推得：利用能量方程可以推得：gpEKsrNPSH2202201r2gg2NPSHVqwc（式4-14）23

12、NPSHr=f (),即，即，NPSHr 只與泵的結(jié)構(gòu)有關只與泵的結(jié)構(gòu)有關，而與吸入管路無關，故又，而與吸入管路無關，故又稱之為稱之為泵的汽蝕余量泵的汽蝕余量。 在泵的正常工作范圍內(nèi)，由于在泵的正常工作范圍內(nèi)，由于NPSHr ，某，某，表明該泵，表明該泵。NPSHr 由泵制造廠通過試驗測出。由泵制造廠通過試驗測出。當當qVNPSHr。 三、三、NPSHa NPSHr 但流量不能太?。旱髁坎荒芴。篻ppVKraNPSHNPSH tpVNPSHa泵運行時的泵運行時的和和。 定量關系可由式（定量關系可由式（4-6）減去式（減去式（4-14）導出，即）導出，即hwNPSHrNPSHr-qVNPSH

13、a- -qVH-qV汽蝕區(qū)非汽蝕區(qū)qVHNPSHOqVCC 1、泵運行中、泵運行中, NPSHa- -qV 和和NPSHr-qV 的變化關系如圖所的變化關系如圖所示。示。 由圖可知由圖可知, qVNPSHa pK=pV ，液體開始汽化。此液體開始汽化。此時，時，NPSHa就是使泵內(nèi)發(fā)生汽就是使泵內(nèi)發(fā)生汽蝕的臨界值，即：蝕的臨界值，即：該值可通過泵汽蝕試驗確定。該值可通過泵汽蝕試驗確定。 也有采用：也有采用： NPSH=（1.11.3）NPSHcNPSHa=NPSHc=NPSHr 為了避免泵內(nèi)汽蝕的發(fā)生，常常在為了避免泵內(nèi)汽蝕的發(fā)生，常常在NPSHc的基礎上加上的基礎上加上一個安全余量作為允許汽

14、蝕余量而載入泵的產(chǎn)品樣本中，即：一個安全余量作為允許汽蝕余量而載入泵的產(chǎn)品樣本中，即：NPSHr-qVNPSHa- -qVNPSH-qVH-qV汽蝕區(qū)非汽蝕區(qū)KqVHNPSHOqVCC設計點A 所不同是：使用所不同是：使用，只要把使，只要把使用地點條件下的參數(shù)值直接代入即可。用地點條件下的參數(shù)值直接代入即可。在式（在式（4-7）中：）中：wgeagNPSHhHppVHg， NPSH NPSHa， 可得到計算泵允許幾何安裝高度可得到計算泵允許幾何安裝高度的另一表達式：的另一表達式： 中。用中。用Hg wegNPSHghppHV上式與上式與w2ssgg2hHH意義。意義。比較，兩者具有相同的實用比

15、較，兩者具有相同的實用 【例例2-2】 有一單吸單級離心泵，流量有一單吸單級離心泵，流量qV =68m3/h，NPSHc=2m，從封，從封閉容器中抽送溫度為閉容器中抽送溫度為 40清水，容器中液面壓強為清水，容器中液面壓強為 8.829kPa ，吸入管路，吸入管路阻力為阻力為0.5m，試求該泵的允許幾何安裝高度是多少？水在，試求該泵的允許幾何安裝高度是多少？水在40時的密度時的密度為為992/m3。 【解解】 NPSH= NPSHc+0.3=2+0.3=2.3 （m） 查附得查附得 40的水相對應的飽和蒸汽壓強為的水相對應的飽和蒸汽壓強為pV = 7374Pa，于是由公式，于是由公式可得：可得

16、： ）（m65. 25 . 03 . 2806. 999273748829NPSHgseghppHV 計算結(jié)果計算結(jié)果Hg為負值為負值, 故該泵的葉輪進口中心應在容器液面以下故該泵的葉輪進口中心應在容器液面以下2.65m。 對幾何相似的泵，在相似的運行工況下，對幾何相似的泵，在相似的運行工況下，其必需汽蝕余量如何換算？其必需汽蝕余量如何換算？ 由于由于，并正比于流量，并正比于流量的平方，則汽蝕相似定律為：的平方，則汽蝕相似定律為：2p12m1rprm)()(NPSHNPSHnDnD（2-15） 實踐表明：由于實踐表明：由于以及以及的影響，會引起的影響，會引起必需汽蝕余量的換算誤差，資料推薦換算

17、時的轉(zhuǎn)速差在必需汽蝕余量的換算誤差，資料推薦換算時的轉(zhuǎn)速差在25%的范圍內(nèi)為宜。的范圍內(nèi)為宜。 當當n 時時, qV進口處進口處主流主流p, ，NPSHr 的的，表明：，表明：。 當當n 時，進口處流速增大且分布均勻，時，進口處流速增大且分布均勻，NPSHr 的的，表，表明：明：。 對同一臺泵，即對同一臺泵，即D1m=D1p，則可將則可將汽蝕相似定律改寫汽蝕相似定律改寫為：為：2p2mrprmNPSHNPSHnn（2-16）即：轉(zhuǎn)速提高，即：轉(zhuǎn)速提高， NPSHr將成平方增加。因此，泵的抗汽蝕性將成平方增加。因此，泵的抗汽蝕性能將大大下降，故能將大大下降，故。 1、因因此需要一個包括設計參數(shù)在

18、內(nèi)的綜合性汽蝕相似特征數(shù)，此需要一個包括設計參數(shù)在內(nèi)的綜合性汽蝕相似特征數(shù)，并稱之為汽蝕比轉(zhuǎn)速，其構(gòu)造方法和泵的比轉(zhuǎn)速的推導過并稱之為汽蝕比轉(zhuǎn)速，其構(gòu)造方法和泵的比轉(zhuǎn)速的推導過程類似。程類似。（2-17） 目前目前, 國內(nèi)習慣使用的有量綱的汽蝕比轉(zhuǎn)速用符號國內(nèi)習慣使用的有量綱的汽蝕比轉(zhuǎn)速用符號c表表示，其表達式如下：示，其表達式如下： 3/4rNPSH62. 5Vqnc 式中，式中，NPSHr、qV 和和 n 的單位分別為：的單位分別為：m、m3/s 和和 r/min 。 （1） c 值依值依m(xù)ax值確定。值確定。 （2）c值是一個綜合性汽蝕相似特征數(shù)值是一個綜合性汽蝕相似特征數(shù), 同同H 值

19、無關。值無關。若兩臺泵若兩臺泵，則，則c值相等，值相等，表示兩臺泵具有相同的抗汽蝕性能。表示兩臺泵具有相同的抗汽蝕性能。 （3）要提高泵的抗汽蝕性能，）要提高泵的抗汽蝕性能，的幾何參數(shù)關系。的幾何參數(shù)關系。 （4）對于雙吸葉輪，）對于雙吸葉輪， 應以其應以其qV /2 代入代入c值的表達式中。值的表達式中。 （5）汽蝕比轉(zhuǎn)速的大致范圍如下：）汽蝕比轉(zhuǎn)速的大致范圍如下： 考慮因素考慮因素主要考慮效率的泵主要考慮效率的泵兼顧汽蝕和效率的泵兼顧汽蝕和效率的泵對汽蝕性能要求高的泵對汽蝕性能要求高的泵C值范圍600800800120012001600第五節(jié)第五節(jié) 提高泵抗汽蝕性能的措施提高泵抗汽蝕性能的

20、措施 泵在運行中汽蝕與否，是由泵本身的汽蝕性能和吸入裝泵在運行中汽蝕與否，是由泵本身的汽蝕性能和吸入裝置的特性共同決定的。因此，解決泵汽蝕問題可從如下四個置的特性共同決定的。因此，解決泵汽蝕問題可從如下四個方面入手：方面入手： （一）降低必需汽蝕余量以（一）降低必需汽蝕余量以泵抗汽蝕性能的措施泵抗汽蝕性能的措施 （四）首級葉輪采用抗汽蝕性能好的材料（四）首級葉輪采用抗汽蝕性能好的材料 （二）提高有效汽蝕余量以（二）提高有效汽蝕余量以泵汽蝕的措施泵汽蝕的措施 （三）運行中（三）運行中汽蝕的措施汽蝕的措施 。 多級泵首級葉輪采用雙吸式，在多級泵首級葉輪采用雙吸式，在qV、n和和c相同的情況下，其必

21、需汽蝕余量變?yōu)閱挝~輪相同的情況下，其必需汽蝕余量變?yōu)閱挝~輪的必需汽蝕余量的的必需汽蝕余量的0.63 倍倍如國產(chǎn)如國產(chǎn)125MW 和和 300MW汽輪發(fā)電機組的給水泵首級葉輪均采汽輪發(fā)電機組的給水泵首級葉輪均采用雙吸式。用雙吸式。 其加壓和強制預旋其加壓和強制預旋w0 NPSHr；其軸向流道寬而長，；其軸向流道寬而長，汽泡汽泡后，后，只能沿其外緣運動，因只能沿其外緣運動，因p 潰滅，限制汽泡潰滅，限制汽泡, 不致使阻塞整個流道。在安裝誘導輪之后，不致使阻塞整個流道。在安裝誘導輪之后，c值可由值可由8001000 3000 。目前國產(chǎn)火力電廠大型凝結(jié)水泵一般。目前國產(chǎn)火力電廠大型凝結(jié)水泵一般都

22、裝有誘導輪。都裝有誘導輪。 在水泵安裝時盡可能地減少吸入管路上的彎頭等附件，并不設閥門在水泵安裝時盡可能地減少吸入管路上的彎頭等附件，并不設閥門等，合理地加大吸入管道的直徑，以減小流速，盡量縮短吸入管道長度。等，合理地加大吸入管道的直徑，以減小流速，盡量縮短吸入管道長度。 在可能的情況下在可能的情況下, Hg ；對吸飽和水的給水泵和凝結(jié)水泵必須采??；對吸飽和水的給水泵和凝結(jié)水泵必須采取Hd。確定確定Hg或或Hd時，應留有較大余量，以防止在非正常工況時產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。時，應留有較大余量，以防止在非正常工況時產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。 單機容量單機容量鍋爐給水泵的鍋爐給水泵的T和和n泵入口有泵入口有NPSHa除

23、氧器的除氧器的Hd安裝困難且不經(jīng)濟。為降低除氧器的安裝高度，安裝困難且不經(jīng)濟。為降低除氧器的安裝高度， 國內(nèi)外對大容量國內(nèi)外對大容量的鍋爐給水泵，廣泛采用在其前設置低速前置泵的方法。的鍋爐給水泵，廣泛采用在其前設置低速前置泵的方法。 前置泵轉(zhuǎn)速低，前置泵轉(zhuǎn)速低，且具有較好的抗汽蝕性能，給水經(jīng)前置泵升壓后再進入給水泵，且具有較好的抗汽蝕性能，給水經(jīng)前置泵升壓后再進入給水泵， 相當于相當于提高了吸入池液面的壓強水頭提高了吸入池液面的壓強水頭 pe/g，提高了泵的，提高了泵的NPSHa，改善了給水泵，改善了給水泵的汽蝕性能。的汽蝕性能。 （1）運行中一般不能因為給水泵或凝結(jié)運行中一般不能因為給水泵或凝結(jié)水泵汽蝕而導致停機，為了避免因汽蝕而發(fā)生泵的重大損壞事故，火力發(fā)水泵汽蝕而導致停機，為了避免因汽