第四章 泵的汽蝕

第四章泵的汽蝕第1頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、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2、什么是：汽泡形成→發(fā)展→潰滅→過(guò)流壁面破壞的全過(guò)程。3、分類(lèi)：移動(dòng)汽蝕、固定汽蝕、旋渦汽蝕、振動(dòng)汽蝕。第2頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

1、縮短泵的使用壽命：粗糙多孔→顯微裂紋→蜂窩狀或海綿狀侵蝕→呈空洞。二、對(duì)泵運(yùn)行的危害

2、產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)：若振動(dòng)產(chǎn)生汽泡，汽蝕產(chǎn)生振動(dòng)→互相激勵(lì)→汽蝕共振。

3、影響泵的運(yùn)行性能：斷裂工況（汽泡堵塞流道）；潛伏性汽蝕（易被忽視）。那么泵內(nèi)汽蝕的產(chǎn)生與那些因素有關(guān)？又如何防止呢？

第3頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、泵的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：第二節(jié)、泵的吸上真空高度第4頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三吸水池液面為大氣壓pa時(shí)，令稱(chēng)為吸上真空高度，則上式變?yōu)椋?/p>

當(dāng)qV=C時(shí)，Hg(

Hs)

存在

HsmaxpsminpkpV時(shí)，泵內(nèi)開(kāi)始發(fā)生汽蝕。Hsmax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第5頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在計(jì)算[Hg]中必須注意以下三點(diǎn)：（1）[Hs](qV)。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

（3）為提高泵的允許幾何安裝高度，應(yīng)盡量減少吸入管路的速度水頭和阻力損失。第6頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

【例】在海拔500m某地安裝一臺(tái)水泵，其輸水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】由表查得海拔500m力時(shí)大氣壓強(qiáng)pa=9.51×104Pa，由附錄Ⅳ查得水溫為t=30℃時(shí)的飽和蒸汽壓強(qiáng)pV=4.2365kPa。查表得30℃水的密度=995.6㎏/m3。修正后的吸上真空高度為：

第7頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三又因?yàn)椋核裕玫膸缀伟惭b高度應(yīng)為：第8頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)汽蝕余量泵的幾何安裝高度與吸上真空高度的確定問(wèn)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：液體汽化壓強(qiáng)（pV）為初生汽蝕的臨界壓強(qiáng)。稱(chēng)泵吸入口液流總能頭高于汽化壓強(qiáng)能頭外的富余能頭為汽蝕余量，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。當(dāng)泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕時(shí)，必有：ps>pK=pV。第9頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、有效汽蝕余量1、定義

將泵吸入管路能量方程式：代入上式得：Δha=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(wú)關(guān)，故又稱(chēng)為裝置汽蝕余量；Δha越大，表明該泵防汽蝕的性能越好。2、影響因素，故當(dāng)qVΔha。

而且由于第10頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、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)，則下式可改寫(xiě)為：Δha=－Hg－h(huán)w>0（2-9）即，凝結(jié)水泵和給水泵均應(yīng)采用倒灌高度安裝。只有：-Hg=Hd>0，才有可能使NPSHa>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。第11頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、必需汽蝕余量1、定義

利用能量方程可以推得：

Δhr=f(泵吸入室和葉輪進(jìn)口的結(jié)構(gòu)參數(shù),流速大小),即，Δhr只與泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與吸入管路無(wú)關(guān)，故又稱(chēng)之為泵的汽蝕余量。2、影響因素在泵的正常工作范圍內(nèi)，由于Δhr具有流動(dòng)損失的屬性，某泵Δhr越小，表明該泵防汽蝕的性能越好。Δhr由泵制造廠通過(guò)試驗(yàn)測(cè)出。當(dāng)qVΔhr。第12頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、對(duì)汽蝕余量Δh的幾點(diǎn)說(shuō)明1、泵運(yùn)行中Δha與Δhr

的關(guān)系泵運(yùn)行中,Δha-qV和Δhr-qV的變化關(guān)系如圖所示。即NPSHr-qVNPSHa-qVH-qVqVHNPSHO第13頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三汽蝕區(qū)非汽蝕區(qū)泵運(yùn)行中,Δha-qV

和Δhr-qV的變化關(guān)系如圖所示。即Δhr-qVΔha-qVH-qVqVHΔhOqVCC三、對(duì)汽蝕余量Δh的幾點(diǎn)說(shuō)明即Δhr≥Δha，泵內(nèi)將產(chǎn)生汽蝕。當(dāng)qV

≥qVC時(shí)，因pK≤pV,但流量不能太?。簺_角

hwNPSHr運(yùn)行時(shí)的最大允許流量和最小允許流量。因此，應(yīng)規(guī)定出泵水溫

tpVNPSHa1、泵運(yùn)行中Δha與Δhr的關(guān)系第14頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、臨界汽蝕余量Δhc和允許汽蝕余量[Δh]的關(guān)系Δhr-qVΔha-qV[Δh]-qVH-qV汽蝕區(qū)非汽蝕區(qū)KqVHNPSHOqVCC設(shè)計(jì)點(diǎn)A由圖可知,qVΔha

pK=pV，液體開(kāi)始汽化。此時(shí)，Δha就是使泵內(nèi)發(fā)生汽蝕的臨界值，即：該值可通過(guò)泵汽蝕試驗(yàn)確定。Δha=Δhc=Δhr也有采用：

[Δh]=（1.1～1.3）Δhc

為避免泵內(nèi)汽蝕，常在Δhc的基礎(chǔ)上加上一個(gè)安全余量作為允許汽蝕余量而載入泵的產(chǎn)品樣本中，即：[Δh]=Δhc+0.3m第15頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、[Δh]與[Hg]的關(guān)系在式[Δh]

Δha，可得到計(jì)算泵允許幾何安裝高度的另一表達(dá)式：

中。用

[Hg]

Hg,上式與意義。比較，兩者具有相同的實(shí)用所不同是：使用上式不需要進(jìn)行修正，只要把使用地點(diǎn)條件下的參數(shù)值直接代入即可。

第16頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

【例】有一單吸單級(jí)離心泵，流量qV=68m3/h，Δhc=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？已知水在40℃時(shí)的密度為992㎏/m3。

【解】[Δh]=Δhc+0.3=2+0.3=2.3（m）

查附錄Ⅳ得40℃的水相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓強(qiáng)為pV=7374Pa，于是由式可得：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。

第17頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)速一、汽蝕相似定律

問(wèn)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？由于Δhr具有泵入口流動(dòng)損失的屬性，并正比于流量的平方，則汽蝕相似定律為：

實(shí)踐表明：由于尺寸效應(yīng)以及轉(zhuǎn)速效應(yīng)的影響，會(huì)引起必需汽蝕余量的換算誤差，資料推薦換算時(shí)的轉(zhuǎn)速差在±25%的范圍內(nèi)為宜。

第18頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三那么，轉(zhuǎn)速高低對(duì)必需汽蝕余量換算誤差的影響如何呢？

1、當(dāng)n時(shí),qV進(jìn)口處反向流主流p，游離氣體析出，Δhr的試驗(yàn)值>換算值，則換算值偏于不安全。

2、當(dāng)n時(shí)，進(jìn)口處流速增大且分布均勻，液體泵進(jìn)口低壓區(qū)的時(shí)間，汽泡發(fā)生，Δhr的試驗(yàn)值<換算值，則換算值偏于安全。對(duì)同一臺(tái)泵，即D1m=D1p，則可將汽蝕相似定律改寫(xiě)為：（2-16）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。

第19頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、汽蝕比轉(zhuǎn)速

1、問(wèn)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(chēng)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(guò)程類(lèi)似。目前,國(guó)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，Δhr、qV和n的單位分別為：m、m3/s和r/min。

第20頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

2、對(duì)汽蝕比轉(zhuǎn)速的幾點(diǎn)說(shuō)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(wú)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600～800800～12001200～1600第21頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)提高泵抗汽蝕性能的措施

泵在運(yùn)行中汽蝕與否，是由泵本身的汽蝕性能和吸入裝置的特性共同決定的。因此，解決泵汽蝕問(wèn)題可從如下四個(gè)方面入手：

一、降低必需汽蝕余量以提高泵抗汽蝕性能的措施四、首級(jí)葉輪采用抗汽蝕性能好的材料二、提高有效汽蝕余量以防止泵汽蝕的措施三、運(yùn)行中防止汽蝕的措施。第22頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、降低必需汽蝕余量以提高泵抗汽蝕性能的措施

1．多級(jí)泵首級(jí)葉輪采用雙吸式

多級(jí)泵首級(jí)葉輪采用雙吸式，在qV、n和c相同的情況下，其必需汽蝕余量變?yōu)閱挝~輪的必需汽蝕余量的0.63

倍？如國(guó)產(chǎn)125MW

和

300MW汽輪發(fā)電機(jī)組的給水泵首級(jí)葉輪均采用雙吸式。

2．加裝誘導(dǎo)輪其加壓和強(qiáng)制預(yù)旋w0

Δhr；其軸向流道寬而長(zhǎng)，汽泡后，只能沿其外緣運(yùn)動(dòng)，因p潰滅，限制汽泡,不致使阻塞整個(gè)流道。在安裝誘導(dǎo)輪之后，c值可由8001000

3000

。目前國(guó)產(chǎn)火力電廠大型凝結(jié)水泵一般都裝有誘導(dǎo)輪。第23頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

盡可能地減少吸入管路的附件，合理地加大吸入管道的d，盡量縮短吸入管道L。

1、減少吸入管路的阻力損失

3、設(shè)置前置泵

二、提高有效汽蝕余量以防止泵汽蝕的措施

2、合理的選擇泵的幾何安裝高度Hg

對(duì)給水泵和凝結(jié)水泵采取Hd。確定Hg或Hd時(shí)，應(yīng)留有較大余量，以防止在非正常工況時(shí)產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。

單機(jī)容量鍋爐給水泵的t

和n泵入口Δha除氧器的Hd,安裝困難且不經(jīng)濟(jì)。為此，國(guó)內(nèi)外對(duì)大容量的鍋爐給水泵，廣泛采用在其前設(shè)置低速前置泵的方法。給水經(jīng)前置泵升壓，相當(dāng)于pe/gΔha。第24頁(yè)，共34頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（1）規(guī)定首級(jí)葉輪的汽蝕壽命。為了避免因汽蝕而發(fā)生泵的重大損壞事故，火力發(fā)電廠應(yīng)規(guī)定首級(jí)葉輪的汽蝕壽命，到時(shí)予以更換。

（2）泵應(yīng)在規(guī)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，不得超速。因?yàn)楫?dāng)n泵的Δhr，則泵的抗汽蝕性能將顯著降低。（3）不允許用泵的吸入系統(tǒng)上的閥門(mén)調(diào)節(jié)流量。否則，將導(dǎo)致吸入管路的hwΔha。三、運(yùn)行中防止汽蝕的措施（4）泵在運(yùn)行時(shí)若發(fā)生汽蝕，可以設(shè)法減小流量，或