泵與風(fēng)機-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題，如提高轉(zhuǎn)速時會發(fā)生汽蝕，安裝高度、葉輪參數(shù)對性能的影響等問題時，都涉及到汽蝕問題。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0.3的問題。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響

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。也就是說，汽化時的壓力和溫度有一一對應(yīng)的關(guān)系——飽和。書上第99頁有一表4-2列出了這一一一對應(yīng)關(guān)系，從表中可知，當(dāng)溫度為100℃時，水的飽和壓力為10.31mH2O(101322Pa)，而溫度為20

℃時飽和壓力僅有0.24mH2O

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

汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響

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正常工作的前提下，泵吸入口處的壓力越高越好。因為，壓力較低時，當(dāng)達到某一值(對應(yīng)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。有氣泡也可能沒有什么了不起的…………？第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響

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的，隨著流體在流道中的流動，壓力會越來越高。到達K2點后，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

氣泡會凝結(jié)。我們知道，水蒸汽的體積遠大于水的體積，20℃時水的比容是0.001,而水蒸汽的比容是57.83,即蒸汽的體積是水的5萬倍。(5℃時為15.7萬倍)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)。這一過程進行的非常短暫，大約只有0.003～0.005秒。而水的集結(jié)速度也非常之高，達130m/s以上。所以會產(chǎn)生較大的沖擊力。如果這個氣泡是在壁面上，也就是在葉輪的某處破裂時，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，就會對材料造成破壞。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕1.

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

真空地帶集結(jié)→對壁面造成沖擊→久而久之，汽蝕。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響

第四章

泵的汽蝕2.

汽蝕的危害1)

對葉輪造成破壞第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響

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，對性能的影響不大(有時，因有氣泡，在氣泡數(shù)適當(dāng)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，應(yīng)特別注意。當(dāng)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。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，因流道細長，較窄，更容易堵塞，即更容易斷裂。比轉(zhuǎn)速較大時，正好相反。

第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響

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，噪音可想而知。又，沖擊會引起振動，有時還會產(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，而且可能無法工作。要防止汽蝕的產(chǎn)生，就要知道汽蝕產(chǎn)生的機理及影響因素，這些是我們以下要討論的重點。第一節(jié)

汽蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響

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在實際運行過程中發(fā)現(xiàn)，某一臺泵在運行發(fā)生汽蝕，但換上另一臺泵之后，汽蝕現(xiàn)象就消失了；第二節(jié)

汽蝕余量另外用同一臺泵時，當(dāng)吸入裝置發(fā)生變化時，也可能從汽蝕變成不汽蝕或者相反。這說明，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：單位重量的液體從泵的吸入口流至葉輪葉片壓力最低處時的壓力降低叫泵的必需汽蝕余量。該值越小，說明進入泵后的壓力降低就越小，從以上泵發(fā)生汽蝕的過程來看，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s-s后壓力仍繼續(xù)降低，知道k處達到最低第二節(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速度和相對速度，是系數(shù)它們?nèi)齻€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：單位重量液體在泵的入

口處所具有的超過汽化壓力的

富裕量，叫有效汽蝕余量。該值越大，說明流體流至泵入口處時，超過汽化壓力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,則說明流體到達壓力最低處時，其壓力仍能超過pv/,所以不會產(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,則說明流體到達壓力最低處時，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)生汽蝕時的安裝高度叫臨界安裝高度，即NPSHr

=

NPSHa時：兩邊同時減去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際的安裝高度只能小于或等于允許安裝高度。如果[Hg]>0，說明吸入液面可在泵的入口中心線以下；如果[Hg]<0，說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、幾點分析1)pe及qv一定時，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，同時也是解決汽蝕的主要手段。2)pe及一定時，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、幾點分析3)

吸入管道直徑減小時，hw↑→

NPSHa

↓→易汽蝕。所以在實際中，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、幾點分析5)

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

特例：pe=pv時(飽和水時)，允許安裝高度總是小于0,說明泵的吸入口一定要在液面之下時才能不發(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，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)速下運行的時候，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：說明：就表達式而言，C與ns形式相同，只是常數(shù)和分母不同。在相似工況下運行的泵，C一定相等，但與ns不同的是，ns相等要求整臺泵都相似，而C相等則僅要求泵在進口部分相似即可。C相同表示兩臺泵的抗汽蝕性能相同。C大時，如qv、n不不變，則NPSHr小，表示泵的抗汽蝕性能強。雙吸時，qv以半值帶入，所以C相同時，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，與其他國家的C值的換算關(guān)系見書。8.C與泵的出口參數(shù)無關(guān)，而泵的揚程主要與泵的出口參數(shù)有關(guān)，所以，C與泵的揚程H無關(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.

計算時注意單位。書上還有一托馬系數(shù)，因它把汽蝕性能與泵的揚程聯(lián)系起來了，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，吸入管道的阻力hw=8000Pa，試求：1.

吸入液面壓力為101.3×103Pa時，泵的安裝高度。2.

吸入液面壓力為86×103Pa，水溫為40℃時，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.

因為

故應(yīng)先求NPSHr。查表有，20℃時的水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，吸入管道的阻力hw=8000Pa，試求：1.

吸入液面壓力為100.3×103Pa時，泵的安裝高度。2.

吸入液面壓力為86×103Pa，水溫為40℃時，泵的安裝高度。2.

40℃時水的密度為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)計一臺離心泵，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)速要求達到1000,入口處的直徑為400mm,估計入口管道阻力為1m，求允許轉(zhuǎn)速和發(fā)生汽蝕時的臨界轉(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。國際上已不常用，但國內(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，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,NPSHa=NPSHr=NPSHc，