離心泵氣蝕現(xiàn)象及允許吸上真空高度

1、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上真空高度（一）離心泵的氣蝕現(xiàn)象由離心泵的工作原理可知，在離心泵葉輪中心 （葉片入口）附近形成低壓區(qū)， 這一壓強(qiáng)與泵的吸上高度密切相關(guān)。如圖 2-15所示，當(dāng)貯液池上方壓強(qiáng)一定時(shí)， 假設(shè)泵吸入口附近壓強(qiáng)越低，那么吸上高度就越高。但是吸入口的低壓是有限制 的，這是因?yàn)楫?dāng)葉片入口附近的最低壓強(qiáng)等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣 壓時(shí)，液體將在該處氣化并產(chǎn)生氣泡， 它隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)； 氣泡在 高壓作用下迅速凝結(jié)或破裂，此時(shí)周?chē)囊后w以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的 空間，在沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生大的沖擊壓力，且沖擊頻率極高；由于沖擊作用使泵體震 動(dòng)并產(chǎn)生噪音，且葉輪和泵殼局部

2、處在極大沖擊力的反復(fù)作用下，使材料外表疲勞，從開(kāi)場(chǎng)點(diǎn)蝕到形成裂縫，葉輪或泵殼受到破壞，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣蝕現(xiàn)象。氣 蝕發(fā)生時(shí)，由于產(chǎn)生大量的氣泡，占據(jù)了液體流道的局部空間，導(dǎo)致泵的流量、 壓頭及效率下降。氣蝕嚴(yán)重時(shí)，泵不能正常操作。因此，為了使離心泵能正常運(yùn) 轉(zhuǎn)，應(yīng)防止產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，這就要求葉片人口附近的最低壓強(qiáng)必須維持在某一值 以上，通常是取輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓作為最低壓強(qiáng)。應(yīng)予指出，在實(shí)際操作中，不易確定泵最低壓強(qiáng)的位置，而往往以實(shí)測(cè)泵人口處的最低壓強(qiáng)為準(zhǔn)。.word.zl.圖215離心泵的吸液示意圖（二）離心泵的允許吸上高度離心泵的允許吸上高度又稱(chēng)為允許安裝高度，是指泵的吸入口與吸人貯

3、槽液 面間可允許到達(dá)的最大垂直距離，以 Hg表示。顯然，為了防止氣蝕現(xiàn)象，泵的 安裝高度必須受到限制。在圖215中，假設(shè)離心泵在可允許的安裝高度下操作，于貯槽液面0-0與泵入口處11,兩截面間列柏努利方程式，可得2Hg TOC o 1-5 h z PoP1U1H f ,0 1g 2g(219)式中Hg一泵的允許安裝高度，m；H f,o-1 液體流經(jīng)吸人管路的壓頭損失，m;P1一泵入口處可允許的最小壓強(qiáng)，也可寫(xiě)成P1,min, Pa。.word.zl.假設(shè)貯槽上方與大氣相通，那么加即為大氣壓強(qiáng) c,上式可表示為2HPa Pl U1HH g- H f,0 1g 2g(2-20 )為子確定離心泵的允

4、許安裝高度，在歸產(chǎn)的離心泵標(biāo)準(zhǔn)中，采用兩種指標(biāo)(允 許吸上真空度和氣蝕余量)來(lái)表示泵的抗氣蝕性能(即吸上性能)，下面力.Z, j討 論它們的意義和計(jì)算方法。1 .離心泵的允許吸上真空度如前所述，為防止氣蝕現(xiàn)象，泵人口處壓強(qiáng)戶：應(yīng)為允許的最低絕對(duì)壓強(qiáng)。但習(xí)慣上常把P1表示為真空度，假設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?Pa,那么泵人口處的最高真 空度為(PaPi),單位為Pa。假設(shè)真空度以輸送液體的液柱高度來(lái)計(jì)量，那么此 真空度稱(chēng)為離心泵的允許吸人真空度，以 Hs，來(lái)表示，即山， Pa P1H gg(2-21)式中H s,一離心泵的允許吸上真空度，是指在泵人口處可允許到達(dá)的最高真空度，m液柱；Pa當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)，Pa

5、；P1一泵吸入口處允許的最低絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa;一被輸送液體的密度，kg/ m3。應(yīng)予指出，H s,既然是真空度，其單位應(yīng)是壓強(qiáng)的單位，通常以 m液柱來(lái)表示。在水泵的性能表里一般把它的單位寫(xiě)成 m(實(shí)際上應(yīng)為mH20),這一點(diǎn)應(yīng)特別注.word.zl.意，免得在計(jì)算時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤。但是以m液柱表示的Hs也具有靜壓頭的物理概念， 因此，可將式221代人式2-20,得2UiH ,H f,01Hg= Hs - 2g(2-22)上式為離心泵允許吸上高度(即允許安裝高度)的計(jì)算式，應(yīng)用時(shí)必須允許吸上真 空度片Hs，的數(shù)值。Hs，值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，安 裝高度片Hg越高。Hs，與泵的構(gòu)造

6、、流量、被輸送液體的物理性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿?壓等因素有關(guān)，通常由泵的制造工廠實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)是在大氣壓為10mH20(9.81X10pa)F,以20c的清水為介質(zhì)進(jìn)展的。實(shí)驗(yàn)值列在泵樣本或說(shuō)明書(shū)的性能表上，有時(shí)在一些泵的特性曲線上也畫(huà)出Hs, Q曲線(見(jiàn)圖2-16),表示H s，隨流量的變化情況。Hs，隨Q增大而減小，因此在確定離心泵安裝高度時(shí)， 應(yīng)使用泵最大流量下的Hs，來(lái)進(jìn)展計(jì)算。圖2-16 HsQ及h Q關(guān)系曲線小意圖假設(shè)輸送其它液體，且操作條件與上述的實(shí)驗(yàn)條件不符時(shí)， 可按下式對(duì)水泵性能 表上的Hs，值進(jìn)展換算。.word.zl.Hs Hs, (Ha 10)Pv39.81* 101000 0

7、.24)-(2-23)式中H 一操作條件下輸送液體時(shí)的允許吸上真空度，m液柱;s 一實(shí)驗(yàn)條件下輸送水時(shí)的允許吸上真空度，即在水泵性能表上查得的數(shù)值，mH 20;Ha一泵安裝地區(qū)的大氣壓強(qiáng)，mH20,其值隨海拔高度不同而異，可參閱表2-1;Pv-操作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa;10實(shí)驗(yàn)條件下大氣壓強(qiáng)，mH 20;0.24 20c下水的飽和蒸氣壓，mH2。；1000-實(shí)驗(yàn)溫度下水的密度，kg/ m3 ；一操作溫度下液體的密度，kg/ m3 假設(shè)將式2-22中的Hs換以Hs ,便可求得在操作條件下，輸送液體時(shí)泵的允許 安裝高度。表2-1不同海拔高度的大氣壓強(qiáng)海拔高度，m0 100 200 300

8、400 500 600 700 800 100 1500 2000 2500大氣壓強(qiáng)，mH 2010.3310.2 10.09 9.95 9.85 9.74 9.6 9.5 9.39 9.19 8.64 8.15 7.622.氣蝕余量由以上討論可知，離心泵的允許吸上真空度隨輸送液體的性質(zhì)和溫度以及泵安裝地區(qū)的大氣壓強(qiáng)而變，使用時(shí)不太方便。通常采用另一個(gè)抗氣蝕性能的參數(shù)， 即允許氣蝕余量，以 h表示。其值可在離心油泵的性能表中查得。P1允許氣蝕余量的定義為： 為防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生， 在離心泵人口處液體的靜壓頭g與動(dòng)2U1Pv壓頭2g之和必須大于液體在操作溫度下的飽和蒸氣壓頭g某一最小值，即.wor

9、d.zl.史 乜匹h g + 2g - g（2-24）式中pv一操作溫度下液體飽和蒸氣壓：Pa;h 一離心泵的允許氣蝕余量，m。式2-24即為氣蝕余量的定義式。式中pi為離心泵人口處允許的最低壓強(qiáng)。前已指出，泵發(fā)生氣蝕的臨界條件是葉輪入口附近 （截面k-k ）最低壓強(qiáng)等于液體的飽和蒸氣壓Pv,此時(shí)泵入口處（截面1 1）壓強(qiáng)必等于某確定的最低值Pio假設(shè)在截面11,和截面kk，問(wèn)列柏努利方程式，可得2Uk2gH f ,01(2-25)比擬式2-24和2-25可得2Ukh= 2gH f ,0 1(2-26)由上式可以看出，當(dāng)流量一定且流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)時(shí)，氣蝕余量h僅與泵的構(gòu)造和尺寸有關(guān)，是泵

10、抗氣蝕性能參數(shù)將式2-24代人式219,并整理得P0Pv(2-27)Hg=g- g- h-Hf,o 1式中的p。為吸人槽液面上方的壓強(qiáng)，單位為 Pa假設(shè)貯槽為敞口，那么P=Pa。式2-27為離心泵允許吸上高度的另一計(jì)算式。離心泵的允許氣蝕余量 h值也是由生產(chǎn)泵的工廠通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，并將其值列于泵的性能表上。有一些離心油泵的特性曲線圖上，有時(shí)也繪出h與Q的變化.word.zl.關(guān)系曲線，如圖2-16中hQ曲線所示。由圖可見(jiàn)，h隨Q增大而增大。因 此計(jì)算允許安裝高度時(shí)應(yīng)取高流量下的h值。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，泵性能表所列的h值也是按輸送20c的清水測(cè)定出來(lái)的，當(dāng)輸送其它液體時(shí)應(yīng)乘以校正系數(shù)予以校 正。但因一般

11、校正系數(shù)小于1,故把它作為外加的平安因數(shù)，不再校正。根據(jù)泵性能表上所列的是允許吸上真空度 Hs抑或是允許氣蝕余量，相應(yīng)地選用 式222或式2-27以計(jì)算離心泵的允許吸上高度。通常為平安起見(jiàn)，離心泵的 實(shí)際吸上高度，即 實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許吸上高度小 0.A lm。例2-4用3B33型水泵從一敞口水槽中將水送到它處， 槽液面包定。輸水量 為4555m3/h,在最大流量下吸人管路的壓頭損失為lm,液體在吸人管路的動(dòng) 壓頭可忽略。試計(jì)算：（1肺送20c水時(shí)泵的安裝高度；（2肺送65c水時(shí)泵的安 裝高度。泵安裝地區(qū)的大氣壓為9.8lXl04Pa解：由附錄二十三查得3B33型水泵的局部性能列于下表：例2

12、-4附表a# qm3/h壓頭Hm轉(zhuǎn)速nr/min允許吸上真空度Hsm3035.629007.04532.65.03.0.word.zl.5528.8 輸送20c水時(shí)泵的安裝高度 根據(jù)式2-22計(jì)算泵的允許安裝高度，即2UiHg=也 - 2g _H f,0 i由題意知，Hf，01= lm,2U1 2g 0從該泵的性能表可看出,Hs隨流量增加而下降，因此，在確定泵的安裝高度時(shí),應(yīng)以最大輸送量所對(duì)應(yīng)的Hs值為依據(jù)，以便保證離心泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，故取Hs =3m。由于輸送20c的清水，且泵安裝地區(qū)的大氣壓為9.81X104pa與泵實(shí)測(cè)Hs的實(shí)驗(yàn)條件相符，故Hs不必?fù)Q算，即Hs= Hs =

13、3m o 故Hg=31=2m為平安起見(jiàn)，泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)該小于 2m。(2肺送65c水時(shí)泵的安裝高度此時(shí)不能直接采用泵性能表中的 Hs值計(jì)算泵的允許安裝高度，需按式2-23對(duì)也 進(jìn)展換算，即Pv1000HHs (Ha 10)(98 .24) 一其中 Hs =3mHa=9.81x1(fPa 10m由附錄七查出65c水的飽和蒸氣壓pv=2.554X1(fpa及密度980.5kg/m3,那么.word.zl.3 (10 10)(Hs =2.554*10 439.81* 100.24)1000980.5 =0.65m將式2-22中的Hs換以Hs,以計(jì)算泵的允許安裝高度，得H .Hg= Hs-Hf，

14、1=0.65-1=-0.35m gHg為負(fù)值，表示泵應(yīng)安裝在水面以下，至少比貯槽水面低0.35m例2-5用離心油泵從貯罐向反響器輸送液態(tài)異丁烷。貯罐異丁烷液面包定。其上方絕對(duì)壓強(qiáng)為6.65kg/cm2。泵位于貯罐液面以下1.5m處，吸人管路的全部壓頭損失為1.6m。異丁烷在輸送條件下的密度為 530kg/m3,飽和蒸氣壓為6.5kgf /cm2。在泵的性能表上查得，輸送流量下泵的允許氣蝕余量為 3.5m。試確定該 泵能否正常操作。解：根據(jù)條件考慮泵能否正常操作，就應(yīng)該核算泵的安裝高度是否適宜，即能否防止氣蝕現(xiàn)象。可先用式2-27計(jì)算允許安裝高度，以便和實(shí)際安裝高度進(jìn)展比擬。P0 PvH = g - g - h-H f,。1 g式中 P0=6.65x9.807x10pa pv=6.5x9.807x10PaH , f,01=1.6mh=3.5m_ _-4(6.65 6.5)* 9.807* 103 5 1 6故 =530* 9.81. =-2.27m.word.