泵與風(fēng)機(jī)-4泵的汽蝕

第四章

泵

的

汽蝕第一節(jié)概述第四章

泵的汽蝕在前面的課程中，曾不止一次的提到汽蝕問(wèn)題，如提高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)發(fā)生汽蝕，安裝高度、葉輪參數(shù)對(duì)性能的影響等問(wèn)題時(shí)，都涉及到汽蝕問(wèn)題。那么到底什么是汽蝕呢？汽蝕又有什么危害？轉(zhuǎn)速和安裝高度等又是如何影響汽蝕的呢，又應(yīng)如何防止汽蝕的發(fā)生呢？這些問(wèn)題都是本部分的主要內(nèi)容。該部分可能較難，因涉及的新概念、新公式較多，且有一個(gè)0.3的問(wèn)題。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕1.

汽蝕的產(chǎn)生從熱力學(xué)可知，水在常壓下，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)開始沸騰——汽化。反過(guò)來(lái)，在溫度一定時(shí)，壓力越低，就越容易汽化。也就是說(shuō)，汽化時(shí)的壓力和溫度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系——飽和。書上第99頁(yè)有一表4-2列出了這一一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，從表中可知，當(dāng)溫度為100℃時(shí)，水的飽和壓力為10.31mH2O(101322Pa)，而溫度為20

℃時(shí)飽和壓力僅有0.24mH2O

(2334Pa)，即在20℃(常溫)時(shí)，當(dāng)水的壓力降低到此值時(shí)，水就會(huì)汽化(沸騰、飽和、開鍋)。溴化鋰吸收式制冷機(jī)的工作原理。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕1.

汽蝕的產(chǎn)生另一方面，從泵的工作原理知，泵是靠在吸入口處產(chǎn)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。是不是壓力越低越好呢？不是，我們希望的是在能購(gòu)正常工作的前提下，泵吸入口處的壓力越高越好。因?yàn)?，壓力較低時(shí)，當(dāng)達(dá)到某一值(對(duì)應(yīng)溫度下的飽和壓力)后，此處的水就會(huì)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(lái)，從而形成一定數(shù)量的氣泡。有氣泡也可能沒(méi)有什么了不起的…………？第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕1.

汽蝕的產(chǎn)生但是，泵的目的是提高水的壓力。吸入口處的壓力降低只是暫時(shí)的，隨著流體在流道中的流動(dòng)，壓力會(huì)越來(lái)越高。到達(dá)K2點(diǎn)后，流體中的壓力已

高于水的飽和壓力。再向上升，pst>pv,亦即這些

氣泡會(huì)凝結(jié)。我們知道，水蒸汽的體積遠(yuǎn)大于水的體積，20℃時(shí)水的比容是0.001,而水蒸汽的比容是57.83,即蒸汽的體積是水的5萬(wàn)倍。(5℃時(shí)為15.7萬(wàn)倍)1.

汽蝕的產(chǎn)生因此，凝結(jié)→水蒸汽的凝結(jié)就全等于體積的快速縮小→在瞬時(shí)造成局部真空→四周的水就以高速向真空地帶集結(jié)。這一過(guò)程進(jìn)行的非常短暫，大約只有0.003～0.005秒。而水的集結(jié)速度也非常之高，達(dá)130m/s以上。所以會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力。如果這個(gè)氣泡是在壁面上，也就是在葉輪的某處破裂時(shí)，這些沖擊力都朝著金屬表面釋放，在這么高的速度，這么大的沖擊力作用下，再好的金屬也承受不起，就會(huì)對(duì)材料造成破壞。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕1.

汽蝕的產(chǎn)生這就是汽蝕產(chǎn)生的過(guò)程：壓力降低→低于飽和壓力時(shí)液體汽化→形成氣泡→壓力升高→高于飽和壓力時(shí)氣泡凝結(jié)→形成真空→四周的水以高速高沖擊力向

真空地帶集結(jié)→對(duì)壁面造成沖擊→久而久之，汽蝕。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕2.

汽蝕的危害1)

對(duì)葉輪造成破壞第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕2.

汽蝕的危害2)

使泵的性能下降：汽蝕程度較小時(shí)，對(duì)性能的影響不大(有時(shí)，因有氣泡，在氣泡數(shù)適當(dāng)時(shí)，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(shí)材料同樣會(huì)遭受沖擊，慢慢剝蝕，應(yīng)特別注意。當(dāng)氣泡數(shù)量很多時(shí)，因氣體的體積遠(yuǎn)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。這種工況叫斷裂工況，使性能迅速惡化，圖4-3～4-5。比轉(zhuǎn)速較小時(shí)，因流道細(xì)長(zhǎng)，較窄，更容易堵塞，即更容易斷裂。比轉(zhuǎn)速較大時(shí)，正好相反。

第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕2.

汽蝕的危害3)

產(chǎn)生噪音和振動(dòng)水壺開以前響的原因。泵內(nèi)，由于高速、高壓、氣泡多且破裂時(shí)，噪音可想而知。又，沖擊會(huì)引起振動(dòng)，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生共振，引起破壞。但這些情況可告訴我們泵內(nèi)已發(fā)生了汽蝕，提醒我們采取措施。因此，由于有如此之多的危害，必須防止，否則不但造成破壞，而且可能無(wú)法工作。要防止汽蝕的產(chǎn)生，就要知道汽蝕產(chǎn)生的機(jī)理及影響因素，這些是我們以下要討論的重點(diǎn)。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕第二節(jié)汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念1.

泵的汽蝕余量(必需汽蝕余量)hr或NPSHr在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，某一臺(tái)泵在運(yùn)行發(fā)生汽蝕，但換上另一臺(tái)泵之后，汽蝕現(xiàn)象就消失了；第二節(jié)

汽蝕余量另外用同一臺(tái)泵時(shí)，當(dāng)吸入裝置發(fā)生變化時(shí)，也可能從汽蝕變成不汽蝕或者相反。這說(shuō)明，泵的汽蝕發(fā)生與否，不但與泵本身有關(guān)，還和吸入裝置有關(guān)。所以，研究汽蝕，應(yīng)從泵和吸入裝置兩個(gè)方面著手。

第四章

泵的汽蝕一、基本概念（p100）1.

泵的汽蝕余量(必需汽蝕余量)hr或NPSHr與泵有關(guān)的汽蝕參數(shù)叫泵的必需汽蝕余量hr，NPSHr。定義：?jiǎn)挝恢亓康囊后w從泵的吸入口流至葉輪葉片壓力最低處時(shí)的壓力降低叫泵的必需汽蝕余量。該值越小，說(shuō)明進(jìn)入泵后的壓力降低就越小，從以上泵發(fā)生汽蝕的過(guò)程來(lái)看，就越不易發(fā)生汽蝕。第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念1.

泵的汽蝕余量(必需汽蝕余量)hr或NPSHr入口的壓力降低主要是由于入口處的阻力、截面突變、轉(zhuǎn)向引起的局部阻力。從泵的工作原理知，s-s面是處于真空狀態(tài)而實(shí)際上這兒并不是泵中壓力最低處因轉(zhuǎn)彎、沖擊、阻力等原因，流體經(jīng)過(guò)s-s后壓力仍繼續(xù)降低，知道k處達(dá)到最低第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念1.

泵的汽蝕余量(必需汽蝕余量)hr或NPSHr泵的必需汽蝕余量NPSHr只與泵的入口幾何參數(shù)有關(guān)。v0、w0分別是入口處的絕對(duì)速度和相對(duì)速度，是系數(shù)它們?nèi)齻€(gè)的值都不好求，只能定性分析。

第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念2.

有效汽蝕余量(裝置汽

蝕余量)ha或NPSHa

定義：?jiǎn)挝恢亓恳后w在泵的入

口處所具有的超過(guò)汽化壓力的

富裕量，叫有效汽蝕余量。該值越大，說(shuō)明流體流至泵入口處時(shí)，超過(guò)汽化壓力pv/的量就越大，故越不易發(fā)生汽蝕。它只與吸入裝置有關(guān)，與泵無(wú)關(guān)。

第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念2.

有效汽蝕余量(裝置汽蝕余量)ha或NPSHa

由定義知：列出c-c面和s-s面之間的伯努力方程，有：即：所以：第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念3.

NPSHa和NPSHr和汽蝕之間的關(guān)系由定義可知，

NPSHa是在吸入口處的超過(guò)汽化壓力的那部分值；而NPSHr是泵從吸入口到壓力最低處的壓力下降值。所以，如果NPSHa

>

NPSHr,則說(shuō)明流體到達(dá)壓力最低處時(shí)，其壓力仍能超過(guò)pv/,所以不會(huì)產(chǎn)生汽蝕。第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念3.

NPSHa和NPSHr和汽蝕之間的關(guān)系反之，如NPSHa<

NPSHr,則說(shuō)明流體到達(dá)壓力最低處時(shí)，其壓力已經(jīng)降到了pv/之下,則必發(fā)生汽蝕。如NPSHa=

NPSHr

，則是位于臨界狀態(tài)。第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念5.

安裝高度和許用安裝高度當(dāng)正好發(fā)生汽蝕時(shí)的安裝高度叫臨界安裝高度，即NPSHr

=

NPSHa時(shí)：兩邊同時(shí)減去0.3有：這就是允許安裝高度。第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕一、基本概念5.

安裝高度和許用安裝高度實(shí)際的安裝高度只能小于或等于允許安裝高度。如果[Hg]>0，說(shuō)明吸入液面可在泵的入口中心線以下；如果[Hg]<0，說(shuō)明吸入液面必須在泵的入口中心線以上。如果是飽和水……？第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕二、幾點(diǎn)分析1)pe及qv一定時(shí)，hw基本一定，安裝高度Hg越大，

NPSHa越小，越易發(fā)生汽蝕，所以Hg不能太大，并是汽蝕的主要原因，同時(shí)也是解決汽蝕的主要手段。2)pe及一定時(shí)，qv

↑→hw↑→

NPSHa

↓

NPSHr

↑→易汽蝕。所以在以后要講的調(diào)節(jié)中，qv一般不向大的方向調(diào)節(jié)。

第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕二、幾點(diǎn)分析3)

吸入管道直徑減小時(shí)，hw↑→

NPSHa

↓→易汽蝕。所以在實(shí)際中，一般都是入口管道直徑較大，并且應(yīng)盡量減小其他阻力損失，如盡可能減少入口管道上的閥門、彎頭等。4)

如pe↓，即使其他條件都不變，

NPSHa也會(huì)減小，也易造成汽蝕。所以在高原處或環(huán)境壓力較小的地方，應(yīng)特別注意。第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕二、幾點(diǎn)分析5)

如水溫升高，其他條件都不變時(shí)，也可使NPSHa減小，從而增加汽蝕的可能。6)

特例：pe=pv時(shí)(飽和水時(shí))，允許安裝高度總是小于0,說(shuō)明泵的吸入口一定要在液面之下時(shí)才能不發(fā)生汽蝕，這種情況叫倒灌。所以，鍋爐除氧器泵、制冷機(jī)的冷劑水泵總要放在液面之下，且有一定的高度。第二節(jié)

汽蝕余量第四章

泵的汽蝕第三節(jié)汽蝕相似率及汽蝕比轉(zhuǎn)速

第四章

泵的汽蝕一)

汽蝕相似率以前講過(guò)汽蝕與n有關(guān)系。為了比較不同性能的泵的抗汽蝕性能的好壞，并把泵的汽蝕性能與轉(zhuǎn)速及幾何尺寸聯(lián)系起來(lái)，引入汽蝕相似率。由

有：

根據(jù)等比定理：設(shè)

，則

第三節(jié)

汽蝕相似率及汽蝕比轉(zhuǎn)速第四章

泵的汽蝕一)

汽蝕相似率所以如果是同一泵在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的時(shí)候，有：即NPSHr隨轉(zhuǎn)速的平方增加。所以，提高轉(zhuǎn)速容易使快速增加，極易發(fā)生汽蝕，也就是說(shuō)提高轉(zhuǎn)速要受到汽蝕的限制。第三節(jié)

汽蝕相似率及汽蝕比轉(zhuǎn)速第四章

泵的汽蝕二)

汽蝕比轉(zhuǎn)速用與比轉(zhuǎn)速推導(dǎo)類似的方法，可得出：說(shuō)明：就表達(dá)式而言，C與ns形式相同，只是常數(shù)和分母不同。在相似工況下運(yùn)行的泵，C一定相等，但與ns不同的是，ns相等要求整臺(tái)泵都相似，而C相等則僅要求泵在進(jìn)口部分相似即可。C相同表示兩臺(tái)泵的抗汽蝕性能相同。C大時(shí)，如qv、n不不變，則NPSHr小，表示泵的抗汽蝕性能強(qiáng)。雙吸時(shí)，qv以半值帶入，所以C相同時(shí)，雙吸泵的抗汽蝕性能好。

第三節(jié)

汽蝕相似率及汽蝕比轉(zhuǎn)速第四章

泵的汽蝕二)

汽蝕比轉(zhuǎn)速范圍：C=600～800

效率為主，抗汽蝕性能不作要求C=800～1000兼顧及汽蝕C=1000～1600抗汽蝕性能要求高的泵。7.

有單位，不寫，與其他國(guó)家的C值的換算關(guān)系見書。8.C與泵的出口參數(shù)無(wú)關(guān)，而泵的揚(yáng)程主要與泵的出口參數(shù)有關(guān)，所以，C與泵的揚(yáng)程H無(wú)關(guān)。提高泵的抗汽蝕性能，應(yīng)主要研究泵的入口參數(shù)著手。9.

計(jì)算時(shí)注意單位。書上還有一托馬系數(shù)，因它把汽蝕性能與泵的揚(yáng)程聯(lián)系起來(lái)了，不符合我們上面講的，不講。

第三節(jié)

汽蝕相似率及汽蝕比轉(zhuǎn)速第四章

泵的汽蝕例1.

某一單級(jí)雙吸泵的入口直徑為600mm,輸送20℃的常溫清水，在n=970rpm，qv

=0.3m3/s,H=47m,C=900時(shí)，吸入管道的阻力hw=8000Pa，試求：1.

吸入液面壓力為101.3×103Pa時(shí)，泵的安裝高度。2.

吸入液面壓力為86×103Pa，水溫為40℃時(shí)，泵的安裝高度。例題

第四章

泵的汽蝕解：求安裝高度，一定是求允許安裝高度1.

因?yàn)?/p>

故應(yīng)先求NPSHr。查表有，20℃時(shí)的水pv/=0.24mpe/=

101.3×103/9800=10.33m[NPSH]=NPSHr+0.3=3.12+0.3=3.42m所以，=10.33-3.42-8000/9810-0.24=5.85m。第四章

泵的汽蝕例1.

某一單級(jí)雙吸泵的入口直徑為600mm,輸送20℃的常溫清水，在n=970rpm，

qv

=0.3m3/s,H=47m,C=900時(shí)，吸入管道的阻力hw=8000Pa，試求：1.

吸入液面壓力為100.3×103Pa時(shí)，泵的安裝高度。2.

吸入液面壓力為86×103Pa，水溫為40℃時(shí)，泵的安裝高度。2.

40℃時(shí)水的密度為992.2kg/m3,查表可知，pv/=0.75m。所以，

例題

第四章

泵的汽蝕例2.

設(shè)計(jì)一臺(tái)離心泵，給定的使用條件是：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下抽送常溫清水（pe/=10.33m,pv/=0.24m），流量為78

L/s,安裝高度為5m，汽蝕比轉(zhuǎn)速要求達(dá)到1000,入口處的直徑為400mm,估計(jì)入口管道阻力為1m，求允許轉(zhuǎn)速和發(fā)生汽蝕時(shí)的臨界轉(zhuǎn)速。解：思路把安裝高度看成是允許安裝高度可求得允許轉(zhuǎn)速。把安裝高度看成是最大安裝高度可求得最大轉(zhuǎn)速。具體計(jì)算自己完成。

例題

第四章

泵的汽蝕第四節(jié)吸入真空度Hs第四章

泵的汽蝕定義：泵吸入口處的真空度的大小叫泵的吸入真空度Hs。國(guó)際上已不常用，但國(guó)內(nèi)目前仍用的不少，且與前面的NPSH相同，都能反映泵的汽蝕情況。由定義知：可知，

Hs越大，越易發(fā)生汽蝕。第四節(jié)

吸入真空度Hs第四章

泵的汽蝕再列出0-0面與s-s面的伯努力方程：

兩邊同減pa/有：特例，當(dāng)p0=pa時(shí)，有：

第四節(jié)

吸入真空度Hs第四章

泵的汽蝕從公式可以看出，用Hs表抗汽蝕性能不利，因不易求出。既然NPSHr和Hs都能表示泵的抗汽蝕性能，它們之間肯定有關(guān)系。由NPSHa的定義(？)可知：臨界時(shí),NPSHa=NPSHr=NPSHc，