離心泵汽蝕現(xiàn)象及防止措施

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文題 目： 離心泵的汽蝕現(xiàn)象及預(yù)防措施 所屬系部： 石油工程系 專 業(yè)： 鉆井技術(shù) 年級(jí)/班級(jí)： 07(五)鉆井班 作 者： 馬飛 學(xué) 號(hào)： 3056 指導(dǎo)教師： 高 瑤 評(píng) 閱 人： 二一二年五月十四日摘要離心泵的應(yīng)用是很廣泛的，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門要用到它。它的使用涉及到各個(gè)領(lǐng)域，有工業(yè)，農(nóng)業(yè)和能源方面，甚至在軍事方面都用到它的很多原理。在現(xiàn)實(shí)的工作中，我們大家都知道，由于泵工作的動(dòng)力較大，它的震動(dòng)幅度相對(duì)也很大，會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的原因造成離心泵不能正常工作。其中，離心泵汽蝕是一種常見的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)引發(fā)多種事故，例如損壞離心泵的過流部

2、件。本課題就針對(duì)這一問題進(jìn)行討論。關(guān)鍵詞：離心泵 汽蝕現(xiàn)象 預(yù)防目 錄專心-專注-專業(yè)緒論隨著科技的發(fā)達(dá)，泵的應(yīng)用越來越多，只要需要把液體從地位送往高位就必須用到泵。泵的種類很多，由于分類的方式不同，也就有不同的叫法。離心泵應(yīng)該按照所輸送的液體進(jìn)行選擇，并校核需要的性能，分析抽吸，排出條件，是間歇運(yùn)行還是連續(xù)運(yùn)行等。離心泵通常應(yīng)在或接近制造廠家設(shè)計(jì)規(guī)定的壓力和流量條件下運(yùn)行。離心泵的效率是衡量泵工作能效的一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。目前我國(guó)離心泵行業(yè)由于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用過程中的諸多不科學(xué)、不合理性導(dǎo)致大量電能浪費(fèi)和資源損失。在能源日趨緊張的今天，正確地進(jìn)行離心泵選型,及時(shí)調(diào)節(jié)離心泵的工況點(diǎn)，使水泵

3、運(yùn)行在高效區(qū)，認(rèn)真做好離心泵巡回檢查，提高設(shè)備的檢修質(zhì)量，對(duì)于節(jié)約電耗，降低成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。特別是大流量低揚(yáng)程高比轉(zhuǎn)速的雙吸單級(jí)離心循環(huán)冷卻離心泵在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能技術(shù)分析與選型，有著顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。離心泵的種類也有很多種，有立式、臥式、單級(jí)、多級(jí)、單吸、雙吸、自吸式等多種形式。其主要的工作原理有：離心是物體慣性的表現(xiàn)。比如雨傘上的水滴，當(dāng)雨傘緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，水滴會(huì)跟隨雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)，這是因?yàn)橛陚闩c水滴的摩擦力做為給水滴的向心力使然。但是如果雨傘轉(zhuǎn)動(dòng)加快，這個(gè)摩擦力不足以使水滴在做圓周運(yùn)動(dòng)，那么水滴將脫離雨傘向外緣運(yùn)動(dòng)。就象用一根繩子拉著石塊做圓周運(yùn)動(dòng)，如果

4、速度太快，繩子將會(huì)斷開，石塊將會(huì)飛出。這個(gè)就是所謂的離心，離心泵就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)，將水甩出，從而達(dá)到輸送的目的。目前，離心泵被廣泛應(yīng)用于石化、電力、冶金、水利等工業(yè)領(lǐng)域，在各種生產(chǎn)裝置中對(duì)液體介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)力輸送，其性能可靠性對(duì)于裝置的正常運(yùn)行有著非常重要的作用。和其他旋轉(zhuǎn)式液體輸送機(jī)械一樣，離心泵在使用的過程中也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障或者影響離心泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。其中，汽蝕就是是離心泵運(yùn)行中的一個(gè)重要現(xiàn)象，是影響離心泵運(yùn)行可靠性和使用壽命最為常見的問題，同時(shí)也是影響其向大功率高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展的一個(gè)突出障礙，因此成為目前泵類研究中的一個(gè)突出課題。本課題就離心泵汽蝕現(xiàn)

5、象展開討論。第一章 概述1.1 離心泵離心泵，顧名思義就是，依靠離心力將液體從地處送往高處的設(shè)備。離心泵有立式、臥式、單級(jí)、多級(jí)、單吸、雙吸、自吸式等多種形式（如圖1.11.4為幾種類型的離心泵）。圖1.1 單級(jí)臥式離心泵圖1.2 單級(jí)立式離心泵圖1.3 多級(jí)臥式離泵1.4 多級(jí)立式離心泵1.2 離心泵的組成結(jié)構(gòu)離心泵的基本構(gòu)造是由六部分組成的分別是葉輪，泵體，泵軸，軸承，密封環(huán)，填料函。 （圖1.5為離心泵的結(jié)構(gòu)圖）（1）葉輪是離心泵的核心部分，它轉(zhuǎn)速高出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實(shí)驗(yàn)。葉輪上的內(nèi)外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。（2）泵體也稱泵殼，它是水

6、泵的主體。起到支撐固定作用，并與安裝軸承的托架相連接。 （3）泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)相連接，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距傳給葉輪，所以它是傳遞機(jī)械能的主要部件。 （4）軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件，有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種。滾動(dòng)軸承使用牛油作為潤(rùn)滑劑，加油要適當(dāng)，一般為2/33/4的體積，太多會(huì)發(fā)熱，太少又有響聲并發(fā)熱?；瑒?dòng)軸承使用的是透明油作潤(rùn)滑劑的,加油到油位線。太多了，油要沿泵軸滲出并且漂賤，太少軸承又要過熱燒壞，造成事故。在水泵運(yùn)行過程中軸承的溫度最高在85度，一般運(yùn)行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有雜質(zhì)，油質(zhì)是否發(fā)黑，是否進(jìn)水）并及時(shí)處理。（5）密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進(jìn)口與泵殼間

7、的間隙過大會(huì)造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低；間隙過小會(huì)造成葉輪與泵殼摩擦產(chǎn)生磨損。為了增加回流阻力減少內(nèi)漏，延緩葉輪和泵殼的所使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外援結(jié)合處裝有密封環(huán)，密封的間隙保持在0.251.10mm之間為宜。 （6）填料函主要由填料，水封環(huán)，填料筒，填料壓蓋，水封管組成。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流到外面來也不讓外面的空氣進(jìn)入到泵內(nèi)，始終保持水泵內(nèi)的真空。當(dāng)泵軸與填料摩擦產(chǎn)生熱量就要靠水封管住水到水封圈內(nèi)，使填料冷卻，保持水泵的正常運(yùn)行。所以在水泵的運(yùn)行巡回檢查過程中對(duì)填料函的檢查是特別要需要注意的，在運(yùn)行600個(gè)小

8、時(shí)左右就要對(duì)填料進(jìn)行更換。圖1.5 離心泵結(jié)構(gòu)圖表1-1 部件說明1柱銷彈性聯(lián)軸器部件5吸入器9 導(dǎo)葉13平衡套17軸承2軸6密封環(huán)10導(dǎo)葉套14平衡盤3滾動(dòng)軸承部件7中段11拉緊栓15填料函4水冷填料壓蓋8葉輪12吐出段16水冷室蓋1.3 離心泵的工作原理離心泵的主要過流部件有吸水室、葉輪和壓水室。吸水室位于葉輪的進(jìn)水口前面，起到把液體引向葉輪的作用；壓水室主要有螺旋形壓水室（蝸殼式）、導(dǎo)葉和空間導(dǎo)葉三種形式；葉輪是泵的最重要的工作元件，是過流部件的心臟，葉輪由蓋板和中間的葉片組成。 離心泵工作前，先將泵內(nèi)充滿液體，然后啟動(dòng)離心泵，葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪的葉片驅(qū)使液體轉(zhuǎn)動(dòng)，液體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)依靠慣性向葉

9、輪外緣流去，同時(shí)葉輪從吸入室吸進(jìn)液體，在這一過程中，葉輪中的液體繞流葉片，在繞流運(yùn)動(dòng)中液體作用一升力于葉片，反過來葉片以一個(gè)與此升力大小相等、方向相反的力作用于液體，這個(gè)力對(duì)液體做功，使液體得到能量而流出葉輪，這時(shí)液體的動(dòng)能與壓能均增大。離心泵依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對(duì)液體的作用把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳遞給液體。由于離心泵的作用液體從葉輪進(jìn)口流向出口的過程中，其速度能和壓力能都得到增加，被葉輪排出的液體經(jīng)過壓出室，大部分速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后沿排出管路輸送出去，這時(shí)，葉輪進(jìn)口處因液體的排出而形成真空或低壓，吸水池中的液體在液面壓力（大氣壓）的作用下，被壓入葉輪的進(jìn)口，于是，旋轉(zhuǎn)著的葉輪就連續(xù)不斷地吸入和排出液

10、體。第二章 離心泵的汽蝕現(xiàn)象分析2.1 離心泵的汽蝕現(xiàn)象液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便產(chǎn)生汽泡。把這種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為汽蝕。汽蝕時(shí)產(chǎn)生的氣泡，流動(dòng)到高壓處時(shí)，其體積減小以致破滅。這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現(xiàn)象稱為汽蝕潰滅。 離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若其過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處）因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的絕對(duì)壓力降低到當(dāng)時(shí)溫度下的液體汽化壓力時(shí)，液體便在該處開始汽化，產(chǎn)生大量蒸汽，形成氣泡，當(dāng)含有大量氣泡的液體向前經(jīng)葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時(shí)，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地縮小以至破裂。在氣泡凝結(jié)破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)以很高的速度填充空穴，在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)

11、烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，沖擊應(yīng)力可達(dá)幾百至幾千個(gè)大氣壓，沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬(wàn)次，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將壁厚擊穿。在水泵中產(chǎn)生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭受到破壞的過程就是水泵中的汽蝕過程。水泵產(chǎn)生汽蝕后除了對(duì)過流部件會(huì)產(chǎn)生破壞作用以外，還會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，并導(dǎo)致泵的性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使泵中液體中斷，不能正常工作。2.2 離心泵汽蝕的類型根據(jù)上述泵內(nèi)發(fā)生汽蝕的原因，離心泵汽蝕可以分為葉面、間隙和粗糙三種類型。水泵安裝過高，或流量偏離設(shè)計(jì)流量時(shí)所產(chǎn)生的汽蝕現(xiàn)象，其汽泡的形成和潰滅基本上發(fā)生在葉片的正面和反面，我們稱之為葉面汽蝕。葉面汽蝕是水泵常見的汽蝕現(xiàn)象。在離心泵密封環(huán)與葉輪外緣的間隙處

12、，由于葉輪進(jìn)出水側(cè)的壓力差很大，導(dǎo)致高速回流，造成局部壓降，引起間隙汽蝕。軸流泵葉片外緣與泵殼之間很小的間隙內(nèi)，在葉片正反面壓力差的作用下，也因間隙中的反向流速大，壓力降低，在泵殼對(duì)應(yīng)葉片外緣部位引起間隙汽蝕。水流經(jīng)過泵內(nèi)粗糙凸凹不平的內(nèi)壁面和過流部件表面時(shí)，在凸出物下游發(fā)生的汽蝕，稱為粗糙汽蝕。2.3 離心泵汽蝕的原因水的飽和蒸汽壓力與水溫有關(guān)。如果泵內(nèi)的最低壓力高于該溫度的飽和蒸汽壓力，水就不會(huì)在泵內(nèi)汽化生成汽泡，水泵就不會(huì)發(fā)生汽蝕。所以，汽蝕是由水的汽化引起的。離心泵的汽蝕原因主要有以下幾個(gè)方面：1）在水泵中，如果吸入系統(tǒng)中某一局部區(qū)域的絕對(duì)壓力等于或低于被吸送液體溫度相應(yīng)的汽化壓力，液

13、體便發(fā)生汽化，從而發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，從而造成泵葉輪、葉片表面的損壞。另外，溶解氧析出后對(duì)汽蝕區(qū)金屬部件有氧化腐蝕作用。而汽蝕區(qū)液流發(fā)生猛烈撞擊后，由液流撞擊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化來的熱能和汽泡凝結(jié)時(shí)放出的熱能也助長(zhǎng)了氧化腐蝕作用。2）幾何安裝高度過高，或倒灌高度過低。由于水泵安裝過高，在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，葉片進(jìn)口背面出現(xiàn)低壓區(qū)，當(dāng)?shù)陀陲柡驼羝麎毫r(shí)，導(dǎo)致葉片背面發(fā)生汽蝕。3）所輸送的液體溫度過高，則對(duì)應(yīng)的飽和壓力高，只要泵內(nèi)最低點(diǎn)處的壓力小于或等于該飽和壓力，泵的汽蝕就會(huì)發(fā)生。4）運(yùn)行方式不當(dāng)。當(dāng)水泵流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，葉輪進(jìn)口相對(duì)速度的方向偏離設(shè)計(jì)方向，共夾角增大，葉片前緣正面發(fā)生脫流和漩渦，產(chǎn)生負(fù)壓，可能

14、出現(xiàn)汽化而引起葉片正面發(fā)生汽蝕。當(dāng)流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，葉輪進(jìn)口水流相對(duì)速度向相反方向偏離，夾角減小，葉片進(jìn)口背面產(chǎn)生脫流和漩渦，出現(xiàn)低壓區(qū)，是導(dǎo)致葉片背面汽蝕的原因之一。5）泵安裝地點(diǎn)大氣壓力低。對(duì)于凝結(jié)水泵汽化，具體原因有很多種。如：泵內(nèi)零、部件磨損、泵內(nèi)空氣未排盡、進(jìn)口濾網(wǎng)堵塞、凝汽器水位低、循環(huán)水管路堵塞等，還要考慮凝結(jié)水溫、凝結(jié)水含氧量等。2.4 離心泵汽蝕原理汽蝕現(xiàn)象從機(jī)理上來說是個(gè)非常復(fù)雜的過程，包括了介質(zhì)在汽液兩相變化時(shí)所引起的物理、化學(xué)、電學(xué)、力學(xué)以及聲學(xué)等諸多現(xiàn)象。了解汽蝕產(chǎn)生的機(jī)理有助于離心泵設(shè)計(jì)、制造及使用。根據(jù)物理知識(shí)可以知道，對(duì)于某種液相介質(zhì)，在一定溫度下對(duì)應(yīng)著一定飽

15、和蒸汽壓Pv，當(dāng)介質(zhì)壓力小于Pv時(shí)就會(huì)發(fā)生汽化。(如圖1為離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵內(nèi)介質(zhì)的壓力變化曲線）圖1.1 離心泵內(nèi)的壓力曲線從圖上可以看出，介質(zhì)進(jìn)入泵入口后壓力首先逐漸降低，在葉輪入口附近的K點(diǎn)壓力降至最低為Pk，若Pk<Pv，介質(zhì)就發(fā)生汽化，同時(shí)溶解在介質(zhì)中的氣體也可能逸出，這樣就會(huì)形成很多小氣泡。K點(diǎn)以后，轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪對(duì)介質(zhì)做功，介質(zhì)壓力迅速上升，這些氣泡隨著介質(zhì)進(jìn)入壓力較高的區(qū)域即Pk<Pv時(shí)，氣泡又會(huì)重新凝結(jié)成為液相，瞬間形成大量的空穴，而周圍的液相介質(zhì)以高速?zèng)_向空穴相互撞擊，使得空穴處的局部壓力驟增。這種液擊是一種高強(qiáng)度、高頻率的沖擊，當(dāng)發(fā)生在葉輪表面附近時(shí)，葉輪材料就會(huì)在

16、長(zhǎng)久地沖擊下發(fā)生局部疲勞剝落，形成點(diǎn)蝕，從而影響到葉輪尤其是葉片的強(qiáng)度。在有些工況下，泵送介質(zhì)中可能溶有活性氣體（如氧氣等），在由氣相變成液相時(shí)會(huì)釋放大量的熱量，使得局部溫度迅速升高，并發(fā)生電解，對(duì)金屬產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，加速腐蝕破壞的速度，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)造成葉片的斷裂。這種在泵內(nèi)出現(xiàn)的液相介質(zhì)汽化、凝結(jié)、沖擊，從而造成金屬材料腐蝕破壞的現(xiàn)象就是離心泵的汽蝕。第三章 離心泵汽蝕的危害及預(yù)防措施 離心泵汽蝕是離心泵的一種常見故障，它會(huì)引發(fā)多種事故或不良現(xiàn)象，影響泵或工作人員的正常作業(yè)。下面就討論一下離心泵汽蝕現(xiàn)象以及它的危害和預(yù)防措施。3.1 汽蝕現(xiàn)象對(duì)離心泵工作的影響汽蝕會(huì)影響離心泵的正常運(yùn)行，引發(fā)許

17、多嚴(yán)重后果。3.1.1 損壞過流部件由于汽蝕過程中伴隨著機(jī)械點(diǎn)蝕和電化學(xué)腐蝕，在離心泵的過流部件如葉輪、蝸殼等的金屬材料表面逐漸產(chǎn)生許多小麻點(diǎn)，繼而麻點(diǎn)不斷發(fā)展擴(kuò)大呈溝槽狀或蜂窩狀，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)形成空洞，甚至造成葉輪的斷裂，如圖2.1所示為某離心泵產(chǎn)生汽蝕一段時(shí)間后的照片，可以看出汽蝕造成葉片表面的金屬材料產(chǎn)生了剝落。因此，汽蝕會(huì)損壞離心泵的過流部件，甚至影響泵的使用壽命。圖3.1 汽蝕造成離心泵葉片材料的損壞3.1.2 產(chǎn)生噪音與振動(dòng)由汽蝕產(chǎn)生的氣泡在破裂時(shí)，高頻的液擊會(huì)產(chǎn)生各種噪音，同時(shí)誘發(fā)泵體振動(dòng)，而泵體的振動(dòng)又會(huì)加速氣泡的產(chǎn)生與破裂。當(dāng)液擊的頻率與泵體的固有頻率相同時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，使振

18、幅迅速增大，若要保護(hù)離心泵不會(huì)發(fā)生振動(dòng)破壞就必須停泵進(jìn)行檢查。3.1.3 降低離心泵的性能離心泵是通過葉輪的旋轉(zhuǎn)將能量傳遞給介質(zhì)，轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的壓力能，但汽蝕會(huì)對(duì)葉輪和液體之間的能量傳遞造成嚴(yán)重影響。由于汽蝕發(fā)生，時(shí)會(huì)在介質(zhì)中產(chǎn)生大量的氣泡，使得介質(zhì)的通流面積大為減少，并在局部產(chǎn)生旋渦，這些會(huì)破壞泵內(nèi)介質(zhì)的連續(xù)流動(dòng)，增大流動(dòng)損失，使泵的流量、揚(yáng)程和效率均有所下降。由于離心泵葉輪的形狀通常長(zhǎng)且窄，汽蝕嚴(yán)重時(shí)，大量氣泡很快就會(huì)堵塞整個(gè)流道，造成斷流，使離心泵無法正常工作。從圖2.2離心泵的性能曲線上來看，在汽蝕比較嚴(yán)重時(shí)，性能曲線發(fā)生陡降。圖3.2 離心泵的性能曲線3.1.4 制約離心泵的發(fā)展隨著現(xiàn)

19、代工業(yè)的高速，要求泵送介質(zhì)的流量也越來越大，揚(yáng)程越來越高。對(duì)離心泵而言要增大流量和揚(yáng)程，就需要提高液體介質(zhì)的流速；根據(jù)流體力學(xué)，液體流速越高，入口壓力損失越大，就更加容易產(chǎn)生汽蝕。因此，提高泵抗汽蝕性能，研究汽蝕機(jī)理，是離心泵發(fā)展中的重要研究課題。3.2 影響離心泵汽蝕的因素3.2.1 吸上真空高度泵的吸上真空高度的高、低，對(duì)于泵是否發(fā)生汽蝕是一個(gè)重要的因素。有些泵由于吸上高度較大，以至于泵內(nèi)發(fā)生汽蝕，甚至吸上高度過大造成吸不上液體，使泵無法工作。所以，恰如其分地確定泵的吸上真空高度和吸上高度是必需的。其公式是：Hs=Hg+Cs22g+hAs (2-1)泵吸上真空高度Hs，與泵幾何安裝高度Hg

20、、泵吸入口流速Cs、吸入管路阻力損失hAs及吸入液面壓力有關(guān)。倘若吸入液面壓力不變，吸上真空高度Hs，隨著幾何安裝高度Hg、泵進(jìn)口流速Cs、吸入管路內(nèi)液體流動(dòng)阻力的增大而降低。為保證泵的安全運(yùn)行，需要規(guī)定泵的最大吸上真空高度Hsmax。為使泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不產(chǎn)生氣泡，同時(shí)又有盡可能大的吸上真空高度，一般規(guī)定留有一定的安全裕量K，即Hs= Hsmax-K(2-2)式中Hs允許吸上真空高度，m。K安全裕量，機(jī)械工業(yè)部門規(guī)定安全裕量K0.30.5 m。允許吸上真空高度Hs也是泵的重要性能參數(shù)，用來說明離心泵吸入性能的好壞。泵在安裝時(shí)的吸上真空高度，不能超過允許吸上真空高度Hs。最大吸上真空高度Hsmax。由

21、制造廠試驗(yàn)求得，它是發(fā)生斷裂工況時(shí)的吸上真空高度。泵安裝時(shí)，根據(jù)制造廠樣本規(guī)定的Hs值，計(jì)算泵允許幾何安裝高度Hg。Hg=Hs-Cs22g+hAs(2-3)為了獲得足夠的允許幾何安裝高度，吸入管路內(nèi)液體的流速不能太高，吸入管路阻力損失不能太大，管路內(nèi)產(chǎn)生局部阻力的裝置盡可能保持最少。3.2.2 離心泵運(yùn)行的最小流量 以上分析有效汽蝕余量NPSHa與必需汽蝕余量NPSHr的關(guān)系中，若NPSHaNPSHr，則所對(duì)應(yīng)的流量Q，是泵運(yùn)行的最大流量，泵在等于或超過最大流量時(shí)運(yùn)行，必定會(huì)產(chǎn)生汽蝕。所以泵的工作點(diǎn)一定要限制在最大流量以內(nèi)。但是，泵在小流量工況下工作，泵的運(yùn)轉(zhuǎn)亦會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定，乃至于汽蝕。如當(dāng)泵

22、工作的流量減小到大約額定流量的2/3以下時(shí)，葉輪的入口將產(chǎn)生二次回流，隨著流量繼續(xù)下降，回流范圍迅速擴(kuò)大。這股回流在主流的沖刷下，又重回葉輪內(nèi)時(shí)往往引起泵體和管路的振動(dòng)。有時(shí)還會(huì)在吸入側(cè)引起強(qiáng)烈的液柱喘振。同樣，此時(shí)在葉輪出口亦會(huì)產(chǎn)生二次流，形成出口不穩(wěn)定的壓力脈動(dòng)，從而引起泵體與管路振動(dòng)。 泵在小流量工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，由于流量低，c0與w0亦是小的，因而必需汽蝕余量NPSHr應(yīng)該較小。但實(shí)際情況則不然。泵小流量工作時(shí)，入口的二次流占據(jù)較大的葉片入口通流面積，液流真正的過流截面積很小。所以c0與w0不是下降，反而增加。另外，壓降系數(shù)2在額定工況附近值最小，離開這個(gè)工況2值反而升高。由此可見，泵小流量

23、工作時(shí)，從必需汽蝕余量的公式分析，它是增加的。泵在小流量工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，泵供給的揚(yáng)程較大，而泵的效率卻較低，所以泵內(nèi)損失較大。泵內(nèi)液流幾乎在絕熱下壓縮，除了液流在泵中獲得一定能量外，其余的耗功都轉(zhuǎn)化為熱能。當(dāng)泵輸送的流量較少，不能把熱量帶走時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致液體的溫度升高。首級(jí)葉輪密封環(huán)的泄漏返回葉輪入口，亦會(huì)引起葉輪入口液體溫度升高。同時(shí)，液流通過軸向力平衡裝置間隙處，壓力降較大，放出熱量亦大。而軸向力平衡裝置的回流液體流入首級(jí)葉輪入口，又使液體溫度升高，提高了飽和蒸汽壓力，從而降低了有效汽蝕余量。把增大的必需汽蝕余量等于有效汽蝕余量時(shí)的流量稱為最小流量。所以，最小流量是能連續(xù)保持而不使泵遭到汽蝕損害

24、的最低流量。當(dāng)泵的工作流量小于最小流量時(shí)，泵內(nèi)液體汽化。對(duì)于火力發(fā)電廠的鍋爐給水泵與凝結(jié)水泵，本身是輸送飽和水，因?yàn)樯鲜鲈蚴顾疁厣?，將使水泵的安全工作受到威脅，所以它們應(yīng)該在大于最小流量值下工作。綜上分析可知，泵的安全工作區(qū)，應(yīng)該在最小流量與最大流量之間。如果是調(diào)速泵，用相似拋物線可給出泵安全工作的范圍。如圖2.3所示，泵在某轉(zhuǎn)速下工作的性能曲線HQ，B為該轉(zhuǎn)速下泵的最大流量。過B點(diǎn)的相似拋物線OB，為泵在不同轉(zhuǎn)速下的最大流量界限點(diǎn)。HQ曲線上的A點(diǎn)，為該轉(zhuǎn)速泵的最小流量。過A點(diǎn)的相似拋物線OA，為泵在不同轉(zhuǎn)速下的最小流量界限點(diǎn)。泵的安全工作范圍在OB與OA相似拋物線范圍內(nèi)。泵在變速運(yùn)行時(shí)

25、，如果工作點(diǎn)落在OB曲線以右區(qū)域，則一定要通過相應(yīng)措施，使泵工作點(diǎn)移動(dòng)至OB曲線以左。圖3.1 泵的安全工作范圍3.2.3 汽蝕余量離心泵是否發(fā)生汽蝕受到泵本身和吸入裝置兩個(gè)方面的影響，具體表現(xiàn)就是泵必需汽蝕余量NPSHr有效汽蝕余量NPSHa二者的關(guān)系（如圖3.3）。其中NPSHr表示泵不發(fā)生汽蝕， 要求在泵進(jìn)口處單位重量液體具有超過汽化壓力水頭的富余能量， NPSHa表示泵進(jìn)口處液體具有的全部水頭減去汽化壓力水頭凈剩的值。當(dāng)NPSHa>NPSHr 時(shí)，離心泵不會(huì)發(fā)生汽蝕。當(dāng)NPSHa=NPSHr 時(shí)，離心泵開始發(fā)生汽蝕。當(dāng)NPSHa<NPSHr 時(shí)，離心泵嚴(yán)重汽蝕。汽蝕剛發(fā)生時(shí)

26、NPSHaNPSHr=NPSHc；pkpv。此時(shí)的汽蝕余量稱為臨界汽蝕余量NPSHc。為確保泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不汽蝕，相對(duì)于NPSHc應(yīng)該留有一個(gè)安全量。安全量的大小視系統(tǒng)及泵具體情況而定。一般取NPSH(1.11.3)NPSHc式中：NPSH允許汽蝕余量；K汽蝕安全裕量。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案ISODis 9905：NPSHa必須超過10NPSHr，各種情況下不得小于0.5m。圖3.3 離心泵的汽蝕曲線3.3 離心泵汽蝕的預(yù)防措施通過上述分析，根據(jù)汽蝕產(chǎn)生的機(jī)理，若要避免離心泵內(nèi)產(chǎn)生汽蝕，應(yīng)當(dāng)使泵內(nèi)最低點(diǎn)處的壓力高于介質(zhì)的汽化壓力，也就是通常所說的有效汽蝕余量高于泵的必需汽蝕余量即NPSHaNPSHr，且應(yīng)當(dāng)留

27、有一定的余量。據(jù)此，可以在離心泵的設(shè)計(jì)、制造、使用過程中采取各種防范措施，來避免產(chǎn)生汽蝕。3.3.1 改進(jìn)泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改善泵的汽蝕性能，可以從降低泵的必需汽蝕余量著手，根據(jù)離心泵必需汽蝕余量公式：NPSHr=1v022g+2w022g(3-1)式中：v0進(jìn)口平均流速，通常指葉輪喉部液體絕對(duì)速度，m/s；0葉輪進(jìn)口處液體的相對(duì)速度，m/s；1因液體從泵人口到葉輪進(jìn)口段速度增大和流向改變引起能量損失的校正系數(shù)；2流體繞過葉片頭部的壓降系數(shù)，與沖角、葉片數(shù)、葉片頭部形狀等有關(guān)；g重力加速度，m/s2。從公式(3-1)看出，NPSHr僅與泵本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，由此，可以從如下幾個(gè)方面改

28、進(jìn)泵的結(jié)構(gòu)，降低NPSHr：(1)適當(dāng)增大葉輪入口直徑D0，可使葉輪進(jìn)口流速v0減??；或者適當(dāng)增大葉輪葉片入口邊寬度b1，可使葉輪入口處液體的相對(duì)速度w0減小。這樣實(shí)質(zhì)是改善了葉輪的吸入特性，但需要注意D0和b1并非是越大越好，而是有最佳的設(shè)計(jì)范圍，二者取值過大時(shí)，NPSHr反而會(huì)增加。(2) 選用雙吸葉輪，這樣介質(zhì)從葉輪兩側(cè)流入，相當(dāng)于增大了葉輪的入口面積，使流經(jīng)葉輪每一側(cè)的流量減少，從而降低葉輪的v0、w0和2。 圖3.2 離心泵葉輪示意圖（3）適當(dāng)增大葉輪蓋板進(jìn)口段的曲率半徑；將葉片盡可能向葉輪入口邊擴(kuò)展；提高葉輪和葉片進(jìn)口部分的表面光潔度；增大葉片進(jìn)口角和采用正沖角；這些措施都可以使介

29、質(zhì)流動(dòng)更加平穩(wěn)，降低流動(dòng)損失，從而降低泵的NPSHr。（4）為離心泵安裝誘導(dǎo)輪，可以對(duì)介質(zhì)進(jìn)行預(yù)增壓，增大了葉輪入口處的介質(zhì)壓頭，可以顯著降低NPSHr，有時(shí)可以降低70以上。但誘導(dǎo)輪會(huì)增加軸向的安裝尺寸，且安裝了誘導(dǎo)輪的離心泵在小流量運(yùn)行時(shí)，揚(yáng)程會(huì)降低，從曲線上表現(xiàn)為出現(xiàn)了“駝峰”，因此在標(biāo)準(zhǔn)API610中是不推薦離心泵加裝誘導(dǎo)輪的。3.3.2 使用抗汽蝕材料有時(shí)離心泵受到安裝、使用條件的限制，不能完全避免汽蝕的發(fā)生，可以采用抗汽蝕性能良好的材料來制造葉輪，以延長(zhǎng)葉輪的使用壽命。實(shí)踐證明，材料的強(qiáng)度、硬度越高，韌性越好，化學(xué)性能越穩(wěn)定，材料的抗汽蝕性能就越好，常用的材料如含有鎳鉻的不銹鋼，鋁

30、青銅，高鎳鉻合金等。3.3.3 提高裝置有效汽蝕余量在進(jìn)行離心泵裝置的設(shè)計(jì)時(shí)，盡最大可能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高泵吸入口的有效汽蝕余量NPSHa：（1）適當(dāng)增大泵吸入管路的直徑，降低管路內(nèi)表面的粗糙度，減少不必要的彎頭、閥門等，以減少泵入口管段的管路損失，從而提高NPSHa。（2）增大泵吸入儲(chǔ)罐介質(zhì)壓力，來提高NPSHa。（3）當(dāng)裝置所能提供的NPSHa不能滿足泵要求時(shí)，可以選擇合適的泵型如筒袋泵，來降低泵的安裝高度，提高泵吸入口處的壓力。3.3.4 加強(qiáng)操作管理在離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，注意對(duì)泵的正確操作，避免不恰當(dāng)操作會(huì)人為誘發(fā)離心泵的汽蝕。（1）保證離心泵在允許工作區(qū)內(nèi)工作。當(dāng)離心泵工作流量過大

31、時(shí)，NPSHr會(huì)迅速增大，使NPSHrNPSHa，從而產(chǎn)生汽蝕；當(dāng)泵工作流量低于最小連續(xù)穩(wěn)定流量時(shí)，過小的流量會(huì)導(dǎo)致輪盤與介質(zhì)之間的摩擦熱以及其他損失產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)排出，介質(zhì)溫度升高，介質(zhì)的飽和蒸汽壓Pv升高，如前面所述KPv時(shí)，將導(dǎo)致汽蝕產(chǎn)生。（2）避免使用入口節(jié)流的方法的來調(diào)節(jié)泵的流量，入口節(jié)流會(huì)增大入口壓力損失，降低NPSHa。（3）泵關(guān)閥啟動(dòng)的時(shí)間不能過長(zhǎng)。離心泵在啟動(dòng)時(shí)，為了降低啟動(dòng)電流，通常采取關(guān)閉出口閥門的啟動(dòng)方式，但若閥門關(guān)閉時(shí)間過長(zhǎng)，機(jī)械損失等產(chǎn)生的熱量使得介質(zhì)溫度升高，誘發(fā)汽蝕。（4）對(duì)于變速調(diào)節(jié)的泵，應(yīng)避免泵的轉(zhuǎn)速過高。根據(jù)汽蝕相似定律，NPSHr與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此，泵的操作轉(zhuǎn)速不應(yīng)高于設(shè)計(jì)允許的的轉(zhuǎn)速。第四章 結(jié)論本文通過簡(jiǎn)單介紹了離心泵的類型、結(jié)構(gòu)組成和工作原理，重點(diǎn)闡述了離心泵的汽蝕現(xiàn)象、汽蝕