泵-離心泵的汽蝕現(xiàn)象

目錄汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理1汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的危害2汽蝕現(xiàn)象的影響因素3離心泵的汽蝕現(xiàn)象及危害一、汽蝕現(xiàn)象1.離心泵的吸入口壓力的影響因素

在圖2-42所示的離心泵吸入裝置中，當(dāng)泵從下部吸液運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由伯努利方程可得泵吸入口截面S處的液體壓頭的大小。如果以A-A截面為參考截面，則：離心泵的汽蝕現(xiàn)象及危害圖2-42泵的吸入裝置A-A:S-S:

據(jù)能量守恒定律，可得：

設(shè)則S截面處的液體壓頭為：—吸液槽液面壓力,單位，Pa；―吸液槽液面到泵吸入口處的垂直距離,單位，m。―泵吸入口截面S處液體的平均流速,單位，m/s。―

吸入管路上的總阻力損失,單位，m?！?/p>

泵輸送液體的密度,單位，kg/m3。

∑-+-=ASSASaShgcZgpgp)2(2ρρ由式可以看出，泵吸入口的壓力ps

是隨著吸液槽液面上壓力pa

的增高而增高，隨安裝高度ZAS

、吸入管阻力損失∑hAS

，以及液體密度ρ的增加而降低。

2.離心泵的汽蝕現(xiàn)象

當(dāng)泵吸入口壓力ps降低到該處相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓力pt

時(shí)，液體沸騰汽化.流動(dòng)著的液流中出現(xiàn)大量氣泡，氣泡不斷破裂，產(chǎn)生空穴，周圍壓力較高向空穴沖擠而來(lái)，形成極大的沖擊力，其應(yīng)力可達(dá)數(shù)十兆帕，甚至更大，水擊頻率高達(dá)25000Hz

，使材料壁面產(chǎn)生機(jī)械剝蝕。水擊產(chǎn)生的能量瞬時(shí)轉(zhuǎn)化為熱能，對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用，加快金屬損壞速度。這種氣泡不斷形成、生長(zhǎng)和破裂、使材料受到破壞的過(guò)程，總稱為汽蝕現(xiàn)象。3.汽蝕產(chǎn)生的原因和條件

從汽蝕現(xiàn)象發(fā)生的條件來(lái)看，主要時(shí)由于進(jìn)入葉輪吸入口液體的壓頭降低的太多。真正的低壓部位見(jiàn)圖2-43中的K點(diǎn)所示。要控制葉輪入口附近低壓區(qū)K點(diǎn)的壓力，使pk>pt

，才不會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。圖2-43液流低壓部位二、汽蝕發(fā)生的危害

汽蝕是水力機(jī)械的特有現(xiàn)象，存在許多嚴(yán)重的后果。

（1）汽蝕使泵產(chǎn)生噪音和振動(dòng)氣泡潰滅時(shí)，液體互相撞擊，同時(shí)也沖擊金屬表面，產(chǎn)生各種頻率的噪聲，嚴(yán)重時(shí)可聽(tīng)到泵內(nèi)有“噼啪”的爆炸聲，同時(shí)引起機(jī)組振動(dòng)。如果機(jī)組的振動(dòng)頻率與撞擊頻率相等，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振，導(dǎo)致機(jī)組被迫停車。（

2）汽蝕使泵的性能下降大量氣泡的存在，堵塞了流體流道，破壞了泵內(nèi)液體的連續(xù)流動(dòng)。泵的流量、揚(yáng)程、效率明顯下降，表現(xiàn)在泵的性能曲線陡降，如圖2-44所示，這時(shí)泵將無(wú)法繼續(xù)工作。工程上當(dāng)揚(yáng)程下降3%時(shí)就認(rèn)為進(jìn)入了汽蝕狀態(tài)。圖2-44泵發(fā)生汽蝕時(shí)性能曲線的變化圖2-45汽蝕時(shí)的點(diǎn)蝕破壞（3）汽蝕使過(guò)流部件發(fā)生點(diǎn)蝕破壞

通常汽蝕破壞的部位是葉片入口附近。汽蝕初期，金屬表面出現(xiàn)麻點(diǎn)，接著呈現(xiàn)溝槽狀，蜂窩狀等痕跡。嚴(yán)重時(shí)可造成葉片或前后蓋板穿孔，甚至葉輪破裂，造成嚴(yán)重事故，如圖2-45。三、汽蝕現(xiàn)象的影響因素1.與泵本身的汽蝕性能有關(guān)在實(shí)際工作中，會(huì)遇到這種情況，如果某臺(tái)泵在運(yùn)行中發(fā)生了汽蝕，但是在完全相同使用條件下，換了另一種型號(hào)的泵，就可能不發(fā)生汽蝕，這說(shuō)明泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中是否發(fā)生汽蝕和泵本身的汽蝕性能有關(guān)。

泵本身的汽蝕性能，通常用汽蝕余量△h表示，也可用NPSH表示。所以，避免汽蝕現(xiàn)象的方法是改變離心泵自身的結(jié)構(gòu)。2.與泵的吸入裝置情況有關(guān)對(duì)同一臺(tái)泵來(lái)說(shuō)，在某種吸入裝置條件下運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生汽蝕，若改變吸入裝置條件，就可能不發(fā)生汽蝕，這說(shuō)明泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中是否發(fā)生汽蝕與泵的吸入裝置情況也有關(guān)系。所以，避免汽蝕現(xiàn)象的方法是限制泵的安裝高度和改變吸入裝置的條件。目錄汽蝕余量的概念1汽蝕余量的應(yīng)用2離心泵的汽蝕余量離心泵的汽蝕余量一、汽蝕余量的概念由離心泵的汽蝕過(guò)程可知，汽蝕發(fā)生的基本條件是葉片入口附近處的最低壓力pk<=pt

，所以為了防止汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)滿足pk>pt

，即泵入口處液體具有的能頭，除了要高出液體汽化壓力pt外，還應(yīng)當(dāng)具有一定的富裕能頭，這一富裕能頭稱為汽蝕余量，用符號(hào)△h來(lái)表示，國(guó)外一般稱作凈正吸上水頭，用NPSH表示。汽蝕裕量△h最小汽蝕余量△hmin（單位：m）允許汽蝕余量[△h

]（單位：m）。

1.最小汽蝕余量最小汽蝕余量是指泵吸入口處動(dòng)能與靜壓能之和比被輸送液體的飽和蒸氣壓頭pt

高出的最低數(shù)值，是泵發(fā)生汽蝕的臨界值，如圖2-42所示，最小最小汽蝕余量的大小按公式2-49計(jì)算。

—液體在泵入口（S截面）的壓力，單位，pa。—液體在泵入口（S截面）的速度，單位，m/s。—輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓，單位，pa?！斔蜏囟认乱后w的密度，單位，kg/m3。2.允許汽蝕余量[△h

]

由于最小汽蝕余量△hmin

是泵發(fā)生汽蝕時(shí)的臨界值，所以為了保證離心泵良好運(yùn)轉(zhuǎn)，使用時(shí)必須加上0.3m的安全余量作為允許汽蝕余量，用[△h

]來(lái)表示，允許汽蝕余量的大小按公式2-50計(jì)算。二、允許汽蝕余量的應(yīng)用（1）泵的安裝高度由圖2-42可知，如果泵軸中心距離吸液池距離ZAS

越大，那么泵入口處S的壓力降也越大，則泵越容易發(fā)生汽蝕，泵軸中心至吸液池的距離ZAS，在工程上稱為泵的安裝高度，單位m。為了避免泵在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生汽蝕，所以在設(shè)計(jì)泵及運(yùn)行管路時(shí)，需要確定泵的安裝高度Hg。通常泵的樣本上給出的是泵的允許汽蝕余量[△h]，所以可以用[△h]計(jì)算泵的允許安裝高度[Hg

]。圖2-42泵的吸入裝置（2）泵的安裝高度的計(jì)算

在圖2-42中，以A-A截面為參考截面，根據(jù)能量守恒定律可得：設(shè)圖2-42泵的吸入裝置上式兩邊同時(shí)減去0.3可得：為安全起見(jiàn)，計(jì)算出允許安裝高度[Hg]后，再取0.5～1m的安全值作為泵的幾何安裝高度Hg，即用幾何安裝高度來(lái)確定離心泵的安裝高度。則高度為允許安裝高度，即：而

例：利用離心泵輸送某石油產(chǎn)品，該石油產(chǎn)品在輸送溫度下的飽和蒸汽壓為26.7kpa，密度ρ=900kg/m3，泵的允許氣蝕余量為2.6m，吸入管路的壓頭損失約為1m，試計(jì)算泵的允許安裝高度。

解題：為安全起見(jiàn)，泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)比計(jì)算值低，可取3.5～4m，即幾何安裝高度為：目錄吸上真空高度的概念1允許吸上真空高度的計(jì)算2允許吸上真空高度的應(yīng)用3允許吸上真空高度及其應(yīng)用允許吸上真空高度由于泵吸入口測(cè)量的壓力，往往是用真空度來(lái)表示的，它表示泵內(nèi)不產(chǎn)生汽蝕時(shí)，泵吸入口處的壓力ps

低于大氣壓pat

的數(shù)值。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，常用允許吸上真空高度[Hs]來(lái)確定泵的幾何安裝高度Hg，因此很有必要對(duì)允許吸上真空高度的概念進(jìn)行研究。一、吸上真空高度的概念

在圖2-42所示，以A-A截面為參考截面，列出截面A-A到S-S截面的伯努利方程。則：圖2-42泵的吸入裝置

當(dāng)吸液池液面受到大氣壓力時(shí)，pa=pat

。而表示泵吸入口處的壓力

由公式2-51可知，泵的吸上真空高度Hs與泵的幾何安裝高度Hg

，入口處的流速cs

以及吸入管路的阻力損失∑hAS

等因素有關(guān)。ps低于大氣壓

pat的數(shù)值，工程上稱為吸上真空高度，用Hs

來(lái)表示，通過(guò)公式2-51計(jì)算。二、允許吸上真空高度的計(jì)算

當(dāng)泵在一定流量Q下運(yùn)行時(shí)，根據(jù)連續(xù)定理Q=fc

可知，

是定值，吸入管路的阻力損失

∑hAS

也幾乎為定值，則吸上真空高度Hs

主要取決于泵的幾何安裝高度

Hg

，并隨著Hg

增大而增大，當(dāng)增大到某一數(shù)值后，泵就因?yàn)槠g而不能工作，對(duì)應(yīng)這一工況的真空高度，稱為最大吸上真空高度

Hsmax

，目前

Hsmax只能通過(guò)試驗(yàn)獲得。

為了保證泵在運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕，在最大吸上真空高度

Hsmax保留0.3～0.5的安全量。稱為允許吸上真空高度[Hs

]，按公式2-52計(jì)算。三、允許吸上真空高度[Hs]的應(yīng)用允許吸上真空高度[Hs]用來(lái)說(shuō)明離心泵性能的好壞，泵吸入口處的真空度不應(yīng)超過(guò)樣本上規(guī)定[Hs]，它關(guān)系到使用泵時(shí)安裝位置的高低，所以在安裝水泵時(shí)，也可根據(jù)[Hs]來(lái)計(jì)算泵的允許安裝高度，進(jìn)而計(jì)算泵的幾何安裝高度，即：例題：安裝一臺(tái)離心泵，輸送循環(huán)氨水。從泵的樣本中查得在流量Q=468m3/h、H=38.5m時(shí)，允許吸上真空高度[HS]=6m，吸入管路的阻力損失為2m，試計(jì)算：（1）輸送293K的水時(shí)，泵的幾何安裝高度；（2）氨水溫度為323K時(shí)，（pt=12.335kpa），泵的幾何安裝高度。由于氨水濃度很稀，可近似的認(rèn)為氨水密度、飽和蒸汽壓均與水相同。分析：已知：流量：Q=468m3/h、揚(yáng)程：H=38.5m、允許吸上真空高度：[HS]=6m、吸入管路損失：∑hs=2m。解題：因?yàn)樵跇颖局胁榈玫牧髁亢拖嚓P(guān)參數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度為293K，介質(zhì)為清水而側(cè)得的，所以如果條件與上述條件相差很多，則必須進(jìn)行修正。（1）輸送293K的清水時(shí)，泵的允許安裝高度為：為安全起見(jiàn)，計(jì)算出允許安裝高度[Hg]后，再取0.5～1m的安全值作為泵的幾何安裝高度Hg，即：（忽略動(dòng)能）（2）計(jì)算輸送溫度為323K的氨水時(shí)允許安裝高度輸送氨水時(shí)，其允許吸上真空高度應(yīng)按公式2-53進(jìn)行校正，即：為安全起見(jiàn)，計(jì)算出允許安裝高度后，再取0.5～1m的安全值作為泵的幾何安裝高度Hg

。即：（忽略動(dòng)能）目錄改善離心泵汽蝕性能的途徑1改善離心泵汽蝕性能的途徑改善離心泵汽蝕性能的途徑提高離心泵抗汽蝕性能可以從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：一方面合理設(shè)計(jì)泵的吸入裝置及安裝高度，使泵入口處具有足夠大的汽蝕余量。另一方面改進(jìn)泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)或結(jié)構(gòu)形式，使泵具有盡可能小的允許汽蝕余量。一、降低吸入管阻力在泵的吸入管路系統(tǒng)中，降低吸入管阻力，可以通過(guò)下列途徑：增大吸入管直徑。采用盡可能短的吸入管長(zhǎng)度。減少不必要的彎頭、閥門(mén)等。盡可能減少吸入管道的水力損失。二、采用雙吸葉輪在流通截面積不變的情況下，如果流量增加，根據(jù)Q=fc，將造成動(dòng)能和流動(dòng)阻力的增加，發(fā)生汽蝕的可能性增加。所以采用雙吸葉輪，相當(dāng)于兩個(gè)單吸葉輪背靠背地合并在一起工作，使每側(cè)通過(guò)的流量為總流量的二分之一，從而使葉輪入口處的流速和流動(dòng)阻力減小，靜壓能增加，可有效防止汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。如圖2-48所示。圖2-48采用雙吸葉輪三、采用誘導(dǎo)輪在離心泵葉輪前加誘導(dǎo)輪能提高泵的抗汽蝕性能，而且效果顯著，見(jiàn)圖2-49所示。誘導(dǎo)輪是一種軸流式的螺旋形葉輪，它裝在離心泵葉輪的前面，當(dāng)液體通過(guò)誘導(dǎo)輪時(shí)，誘導(dǎo)輪對(duì)液體作功，即對(duì)進(jìn)入葉輪入口處液體的液體起到增壓的作用，從而改善汽蝕性能。圖2-49采用前置誘導(dǎo)輪四、采用超汽蝕葉形誘導(dǎo)輪在離心泵葉輪前加一軸流式的超汽蝕葉形誘導(dǎo)輪，如圖2-50所示。超汽蝕葉形誘導(dǎo)輪具有薄而尖的前緣，以誘發(fā)一種固定型的氣泡，并完全覆蓋葉片。氣泡在葉形誘導(dǎo)輪后的液流中潰滅，即在超汽蝕葉形誘導(dǎo)輪出口和離心葉輪進(jìn)口之間潰滅，故超汽蝕葉輪葉片的材料不會(huì)受汽蝕破壞。圖2-50采用超汽蝕泵這種在汽蝕顯著發(fā)展時(shí)，將整個(gè)葉形都包含在汽蝕空氣之內(nèi)的汽蝕階段稱為超汽蝕。

五、采用優(yōu)質(zhì)葉輪材料

當(dāng)使用條件受到限制，不可能完全避免發(fā)生汽蝕時(shí)，應(yīng)采用抗汽蝕材料制造葉輪，以延長(zhǎng)葉輪的使用壽命。

常用材料有鋁鐵青銅、不銹鋼、稀土合金鑄鐵和高鎳鉻合金等。

實(shí)踐證明，材料強(qiáng)度和韌性越高，硬度和化學(xué)穩(wěn)定性越高，葉道表面越光滑，則材料的抗汽蝕性能也越好。目錄離心泵的安裝1離心泵的操作2離心泵的安裝與操作離心泵的安裝與操作一、離心泵的安裝

離心泵出廠時(shí)，說(shuō)明書(shū)對(duì)泵的安裝與使用均作了詳細(xì)說(shuō)明，在安裝使用前必須認(rèn)真閱讀。下面僅對(duì)離心泵的安裝使用要點(diǎn)作簡(jiǎn)要說(shuō)明。（1）應(yīng)盡量將泵安裝在靠近水源、干燥明亮的場(chǎng)所，以便于檢修。（2）應(yīng)有堅(jiān)實(shí)的地基，以避免振動(dòng)。通常用混凝土地基，地腳螺栓連接。

（3）泵軸與電機(jī)轉(zhuǎn)軸應(yīng)嚴(yán)格保持水平，以確保運(yùn)轉(zhuǎn)正常，提高壽命。（4）安裝高度要嚴(yán)格控制，以免發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。（5）在吸入管徑大于泵的吸入口徑時(shí)，變徑連接處要避免存氣，以免發(fā)生氣縛現(xiàn)象。

如圖2-51所示，圖中(a)不正確，(b)正確。（a）不正確（b）正確圖2