第四章-泵的汽蝕

有一臺(tái)吸入口徑為600mm的雙吸單級(jí)泵，輸送常溫水，其工作參數(shù)為:qv=880，吸水管路阻力損失為0.4m，試問該泵裝在離吸水池液面高2.8m處時(shí)，是否能正常工作。汽輪機(jī)系統(tǒng)循環(huán)水泵凝結(jié)水泵疏水泵補(bǔ)給水泵鍋爐給水泵鍋爐系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)一次風(fēng)機(jī)排粉機(jī)引風(fēng)機(jī)灰渣泵沖灰水泵液壓泵升壓泵生水泵射水泵工業(yè)水泵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1873年雷諾在理論上預(yù)言。

1893年，在英國皇家海軍驅(qū)逐艦“勇敢號(hào)”螺旋漿上首次觀察到汽蝕現(xiàn)象。一、汽蝕現(xiàn)象1.形成

機(jī)械侵蝕化學(xué)腐蝕內(nèi)向爆炸性冷凝沖擊，微細(xì)射流→疲勞破壞汽泡潰滅→活性氣體→凝結(jié)熱→腐蝕性破壞→點(diǎn)蝕蜂窩狀汽蝕2、什么是：汽泡形成→發(fā)展→潰滅→過流壁面破壞的全過程二、汽蝕對(duì)泵工作的影響

1.材料破壞2.噪聲和振動(dòng)

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

3.性能下降斷裂工況（汽泡堵塞流道）潛伏性汽蝕（易被忽視）

為什么隨著比轉(zhuǎn)速的增大，汽蝕現(xiàn)象越來越不明顯？1、幾何安裝高度

吸水池液面e-e

泵吸入口真空計(jì)或壓強(qiáng)計(jì)

中小型臥式第二節(jié)吸上真空高度Hs離心泵的幾何安裝高度（a）立式泵；（b）大型臥式泵；（c）大型立式泵大型水泵的幾何安裝高度Hg值，應(yīng)以吸水池液面至葉輪入口邊最高點(diǎn)距離來計(jì)算中小型立式離心泵的幾何安裝高度Hg是指第一級(jí)工作葉輪進(jìn)口邊的中心線至吸水池液面的垂直距離2、幾何安裝高度與吸上真空高度的確定

列吸水池液面e-e及泵入口斷面s-s之間的能量方程式有：泵吸入口真空計(jì)或壓強(qiáng)計(jì)

吸水池液面e-e

幾何安裝高度Hg與液面壓力、入口壓力、入口平均速度以及吸入管道中的流動(dòng)損失有關(guān)。

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，由于1atm=10.33mH2O，所以泵的幾何安裝高度Hg總是小于10.33mH2O

泵吸入口真空計(jì)或壓強(qiáng)計(jì)

吸水池液面e-e

吸水池液面為大氣壓pamb

時(shí)，令稱為吸上真空高度。

當(dāng)qV=C時(shí)，(Hs)→Hg，存在

HsmaxpsminpV時(shí)，泵內(nèi)開始發(fā)生汽蝕。Hsmax(斷裂工況時(shí)的稱為最大吸上真空高度或臨界吸上真空高度)值由制造廠用試驗(yàn)方法確定。

為保證泵不發(fā)生汽蝕，把Hsmax減去一個(gè)安全量K，作為允許吸上真空高度而載入泵的產(chǎn)品樣本中，并用[Hs]表示，即：[Hs]=Hsmax―0.3

在計(jì)算[Hg]中必須注意以下三點(diǎn)：

（1）(qV)→[Hs]。確定[Hg]時(shí)，必須以泵在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最大流量所對(duì)應(yīng)的[Hs]為準(zhǔn)。

（2）[Hs]值是泵制造廠在pa=1.013×105Pa，t

=20℃

的清水下由試驗(yàn)得出的。當(dāng)使用條件變化時(shí)，應(yīng)對(duì)樣本的[Hs]值進(jìn)行修正。

大氣壓頭飽和蒸汽壓頭最大幾何安裝高度允許幾何安裝高度說明：

[Hs]隨流量的增加而降低，為了保證泵的安全運(yùn)行，[Hg]應(yīng)按樣本中最大流量所對(duì)應(yīng)的計(jì)算。為了提高[Hg]，應(yīng)盡量減小

和。

在海拔500m某地安裝一臺(tái)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(shè)吸入管路總損失∑hs=0.878m.求[Hg]應(yīng)為多少？

解:由表4-1查得海拔500m時(shí)大氣壓強(qiáng)pa=9.51×104Pa，由表4-2查得水溫為t=30℃時(shí)的飽和蒸汽壓強(qiáng)pV

=4246.0Pa。查表得30℃水的密度=995.6㎏/m3。又因?yàn)椋核裕玫膸缀伟惭b高度應(yīng)為：第三節(jié)汽蝕余量

泵的幾何安裝高度與吸上真空高度的確定問題只是影響泵工作性能的一個(gè)重要因素。那么，泵內(nèi)汽蝕的產(chǎn)生還與那些因素有關(guān)？又如何防止呢？

泵內(nèi)流體汽蝕現(xiàn)象理論：液體汽化壓力（pV）為初生汽蝕的臨界壓力。當(dāng)泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕時(shí)，必有：ps>pK=pV把泵吸入口液流的總能頭高于汽化壓力的的富余能頭稱為汽蝕余量，以符號(hào)NPSH表示。汽蝕余量可分為有效汽蝕余量和必需汽蝕余量。

《泵與風(fēng)機(jī)》1、有效汽蝕余量——泵在吸入口處，單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量

將泵吸入管路能量方程式：代入上式得：NPSHa=f吸水管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，流量，而與泵的結(jié)構(gòu)無關(guān)，故又稱為裝置汽蝕余量；NPSHa越大，表明該泵防汽蝕的性能越好。影響因素:，故當(dāng)qVNPSHa。

而且由于2、必需汽蝕余量——液體在泵吸入口的能頭對(duì)壓力最低點(diǎn)k處靜壓能頭的富余能頭液體從泵吸入口到泵內(nèi)壓力最低點(diǎn)處的壓降。影響因素:

NPSHr=f(泵吸入室和葉輪進(jìn)口的結(jié)構(gòu)參數(shù),流速大小),即，NPSHr只與泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與吸入管路無關(guān)，故又稱之為泵的汽蝕余量。

在泵的正常工作范圍內(nèi)，由于NPSHr具有流動(dòng)損失的屬性，某泵NPSHr越小，表明該泵防汽蝕的性能越好。NPSHr由泵制造廠通過試驗(yàn)測(cè)出。當(dāng)qV↑→NPSHr↑。利用能量方程可以推得：

泵運(yùn)行中,NPSHa-qV和NPSHr-qV的變化關(guān)系如圖所示。3.對(duì)汽蝕余量NPSH的幾點(diǎn)說明(1)泵運(yùn)行中NPSHa與NPSHr的關(guān)系

即NPSHr≥NPSHa，泵內(nèi)將產(chǎn)生汽蝕。

NPSHr-qVNPSHa-qVH-qV汽蝕區(qū)非汽蝕區(qū)qVHNPSHOqVCC[NPSH]=NPSHc+0.3m

[NPSH]=（1.1～1.3）NPSHc求得容許幾何安裝高度：(2)[NPSH]與[Hg]的關(guān)系

在火力發(fā)電廠中,凝結(jié)水泵和給水泵吸入容器液面壓強(qiáng)均為相應(yīng)溫度下的汽化壓強(qiáng)，則下式

即，凝結(jié)水泵和給水泵均應(yīng)采用倒灌高度安裝。Hg

＜0，

應(yīng)注意的是：Hg值的正、負(fù)以吸入池液面為基準(zhǔn)，當(dāng)泵軸高于吸水液面時(shí)為正。

應(yīng)注意的是：Hg值的正、負(fù)以吸入池液面為基準(zhǔn)，當(dāng)泵軸高于吸水液面時(shí)為正。倒灌高度

在火力發(fā)電廠中,凝結(jié)水泵和給水泵吸入容器液面壓強(qiáng)均為相應(yīng)溫度下的汽化壓強(qiáng)，則下式

即，凝結(jié)水泵和給水泵均應(yīng)采用倒灌高度安裝?？筛膶憺椋篘PSHa=－Hg－h(huán)w>0

【例】有一單吸單級(jí)離心泵，流量qV=68m3/h，NPSHc=2m，從封閉容器中抽送溫度為40℃清水，容器中液面壓強(qiáng)為8.829kPa，吸入管路阻力為0.5m，試求該泵的允許幾何安裝高度是多少？水在40℃時(shí)的密度為992㎏/m3。

【解】[NPSH]=NPSHc+0.3=2+0.3=2.3（m）

查表4-2得40℃的水相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓強(qiáng)為pV=7374Pa，于是可得：

計(jì)算結(jié)果[Hg]為負(fù)值,故該泵的葉輪進(jìn)口中心應(yīng)在容器液面以下2.65m。

問題的提出：對(duì)幾何相似的泵，在相似的運(yùn)行工況下，其必需汽蝕余量如何換算？第四節(jié)汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)速（一）汽蝕相似定律即：轉(zhuǎn)速提高，NPSHr將成平方增加。因此，泵的抗汽蝕性能將大大下降，故泵在實(shí)際運(yùn)行中不得超速。

1、問題的提出：必需汽蝕余量只能反映某一臺(tái)泵汽蝕性能的好壞，而不能對(duì)不同泵進(jìn)行汽蝕性能的比較，因此需要一個(gè)包括設(shè)計(jì)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(dǎo)過程類似。（二）汽蝕比轉(zhuǎn)速

目前,國內(nèi)習(xí)慣使用的有量綱的汽蝕比轉(zhuǎn)速用符號(hào)c表示，其表達(dá)式如下：式中，NPSHr、qV

和n的單位分別為：m、m3/s和r/min

。

2、對(duì)汽蝕比轉(zhuǎn)速的幾點(diǎn)說明

（1）c值依m(xù)ax值確定。

c值越大，泵抗汽蝕性能越好。

（2）c值是一個(gè)綜合性汽蝕相似特征數(shù),同H值無關(guān)。若兩臺(tái)泵入口通流部分幾何和運(yùn)行工況相似，則c值相等，表示兩臺(tái)泵具有相同的抗汽蝕性能。

（3）要提高泵的抗汽蝕性能，只需研究泵入口通流部分的幾何參數(shù)關(guān)系。

（4）對(duì)于雙吸葉輪，應(yīng)以其qV/2代入c值的表達(dá)式中。

（5）汽蝕比轉(zhuǎn)速的大致范圍如下：考慮因素主要考慮效率的泵兼顧汽蝕和效率的泵對(duì)汽蝕性能要求高的泵C值范圍600～800800～12