離心泵氣蝕現(xiàn)象與允許吸上真空高度

1、五、離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許吸上真空高度一離心泵的氣蝕現(xiàn)象由離心泵的工作原理可知，在離心泵葉輪中心 葉片人口附近形成低壓區(qū)， 這一壓強(qiáng)與泵的吸上高度密切相關(guān)。如圖 2-15所示，當(dāng)貯液池上方壓強(qiáng)一定時(shí)， 假設(shè)泵吸人口附近壓強(qiáng)越低，那么吸上高度就越高。但是吸人口的低壓是有限制的， 這是因?yàn)楫?dāng)葉片人口附近的最低壓強(qiáng)等于或小于輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓 時(shí)，液體將在該處氣化并產(chǎn)生氣泡，它隨同液體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)； 氣泡在高 壓作用下迅速凝結(jié)或破裂，此時(shí)周?chē)囊后w以極高的速度沖向原氣泡所占據(jù)的空 間，在沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生大的沖擊壓力，且沖擊頻率極高；由于沖擊作用使泵體震動(dòng) 并產(chǎn)生噪音，且葉輪和泵殼局部處在極

2、大沖擊力的反復(fù)作用下， 使材料外表疲勞， 從開(kāi)始點(diǎn)蝕到形成裂縫，葉輪或泵殼受到破壞，這種現(xiàn)象稱為氣蝕現(xiàn)象。氣蝕發(fā) 生時(shí)，由于產(chǎn)生大量的氣泡，占據(jù)了液體流道的局部空間，導(dǎo)致泵的流量、壓頭 及效率下降。氣蝕嚴(yán)重時(shí)，泵不能正常操作。因此，為了使離心泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)， 應(yīng)防止產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，這就要求葉片人口附近的最低壓強(qiáng)必須維持在某一值以 上,通常是取輸送溫度下液體的飽和蒸氣壓作為最低壓強(qiáng)。應(yīng)予指出，在實(shí)際操作中，不易確定泵內(nèi)最低壓強(qiáng)的位置，而往往以實(shí)測(cè)泵人口處的最低壓強(qiáng)為準(zhǔn)。圖2 15離心泵的吸液示意圖二離心泵的允許吸上高度離心泵的允許吸上高度又稱為允許安裝高度，是指泵的吸人口與吸人貯槽液面間 可允許到達(dá)

3、的最大垂直距離，以 Hg表示。顯然，為了防止氣蝕現(xiàn)象，泵的安裝 高度必須受到限制。在圖215中，假設(shè)離心泵在可允許的安裝高度下操作，于貯槽液面0-0'與泵人口處1 1,兩截面間列柏努利方程式，可得2H f ,0 1m ；(219)式中HgP。 Pl U1g 2gH f,o-1 液體流經(jīng)吸人管路的壓頭損失，m；P1 泵人口處可允許的最小壓強(qiáng)，也可寫(xiě)成P1,min，Pa。假設(shè)貯槽上方與大氣相通，那么加即為大氣壓強(qiáng)c，上式可表示為Pa P1g2U12gH f ,0 1(2 20 )為子確定離心泵的允許安裝咼度，在歸產(chǎn)的離心泵標(biāo)準(zhǔn)中，米用兩種指標(biāo) 允許 吸上真空度和氣蝕余量來(lái)表示泵的抗氣蝕性能

4、即吸上性能，下面力.Z，j討 論它們的意義和計(jì)算方法。1.離心泵的允許吸上真空度如前所述，為防止氣蝕現(xiàn)象，泵人口處壓強(qiáng)戶：應(yīng)為允許的最低絕對(duì)壓強(qiáng)。但習(xí) 慣上常把P1表示為真空度，假設(shè)當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?Pa，那么泵人口處的最高真空度為P P1，單位為Pa。假設(shè)真空度以輸送液體的液柱高度來(lái)計(jì)量，那么此真空度稱為離 心泵的允許吸人真空度，以 巴來(lái)表示，即HgPaP1g(2-21式中Hs 離心泵的允許吸上真空度，是指在泵人口處可允許到達(dá)的最高真空 度，m液柱；pa當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)，Pa；P1泵吸入口處允許的最低絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa;被輸送液體的密度，kg / m3。應(yīng)予指出，HJ既然是真空度，其單位應(yīng)是壓強(qiáng)的單位，

5、通常以 m液柱來(lái)表示。 在水泵的性能表里一般把它的單位寫(xiě)成 m實(shí)際上應(yīng)為mH0，這一點(diǎn)應(yīng)特別注意,免得在計(jì)算時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤。但是以m液柱表示的Hs也具有靜壓頭的物理概念，因此，可將式221代人式2-20，得2UiHg= H s - 2gH f,o i(2-22)上式為離心泵允許吸上高度即允許安裝高度的計(jì)算式，應(yīng)用時(shí)必須允許吸上真空度片Hs的數(shù)值。Hs值越大，表示該泵在一定操作條件下抗氣蝕性能好，安裝高度片Hg越高。HJ與泵的結(jié)構(gòu)、流量、被輸送液體的物理性質(zhì)及當(dāng)?shù)卮髿鈮旱纫蛩赜嘘P(guān)，通常由泵的制造工廠實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 實(shí)驗(yàn)是在大氣壓為IOmH 209.81X10 4pa下，以20C的清水為介質(zhì)進(jìn)行 的。實(shí)驗(yàn)

6、值列在泵樣本或說(shuō)明書(shū)的性能表上，有時(shí)在一些泵的特性曲線上也畫(huà)出Hs Q曲線見(jiàn)圖2-16，表示H s隨流量的變化情況。Hs隨q增大而減小，因此在確定離心泵安裝高度時(shí)，應(yīng)使用泵最大流量下的Hs來(lái)進(jìn)行計(jì)算。圖2-16Hs Q及h Q關(guān)系曲線示意圖假設(shè)輸送其它液體，且操作條件與上述的實(shí)驗(yàn)條件不符時(shí)， 可按下式對(duì)水泵性能表 上的Hs'值進(jìn)行換算。Hs H s(Ha10)仏0.24)1000(2-23)式中H操作條件下輸送液體時(shí)的允許吸上真空度，m液柱;Hs 實(shí)驗(yàn)條件下輸送水時(shí)的允許吸上真空度，即在水泵性能表上查得的數(shù)值,mH 20;Ha泵安裝地區(qū)的大氣壓強(qiáng)，mH20，其值隨海拔高度不同而異，可參

7、閱表2-1;pv操作溫度下液體的飽和蒸氣壓，Pa；10 實(shí)驗(yàn)條件下大氣壓強(qiáng)，mH20 ；0.24 20 C下水的飽和蒸氣壓，mH20；1000實(shí)驗(yàn)溫度下水的密度，kg/ m;操作溫度下液體的密度，kg/m。假設(shè)將式2-22中的H s'換以Hs ,便可求得在操作條件下，輸送液體時(shí)泵的允許安 裝高度。表2-1不同海拔高度的大氣壓強(qiáng)海拔高度，m0100 200 300 400 500 600 700 800 100 1500 2000 2500大氣壓強(qiáng)，mH 2010.3310.2 10.09 9.95 9.85 9.74 9.6 9.5 9.39 9.19 8.64 8.15 7.622.

8、氣蝕余量由以上討論可知，離心泵的允許吸上真空度隨輸送液體的性質(zhì)和溫度以及泵安裝 地區(qū)的大氣壓強(qiáng)而變，使用時(shí)不太方便。通常采用另一個(gè)抗氣蝕性能的參數(shù)， 即 允許氣蝕余量，以 h表示。其值可在離心油泵的性能表中查得。允許氣蝕余量的定義為： 為防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生， 在離心泵人口處液體的靜壓頭P1g與動(dòng)2U1Pv壓頭2g之和必須大于液體在操作溫度下的飽和蒸氣壓頭g某一最小值，即2P1U1Pvh g +2g - g(2-24)式中Pv操作溫度下液體飽和蒸氣壓：Pa;h 離心泵的允許氣蝕余量，m。式2-24即為氣蝕余量的定義式。式中P1為離心泵人口處允許的最低壓強(qiáng)。前已指出，泵內(nèi)發(fā)生氣蝕的臨界條件是葉輪入口

9、附近截面k k，最低壓強(qiáng)等于 液體的飽和蒸氣壓pv,此時(shí)泵入口處截面1 1 壓強(qiáng)必等于某確定的最低值 P1 假設(shè)在截面1 1,和截面kk，間列柏努利方程式，可得2Pl Ui Pvg + 2g = g2Uk2gH f,o i(2-25)比擬式2-24和2-25可得2Ukh= 2gH f,o i(2-26)由上式可以看出，當(dāng)流量一定且流體流動(dòng)進(jìn)入阻力平方區(qū)時(shí)，氣蝕余量h僅與泵的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，是泵抗氣蝕性能參數(shù)。將式2-24代人式2 19，并鼙理得P0 PvHg= g - g - h-Hf，°1(2-27)式中的p。為吸人槽內(nèi)液面上方的壓強(qiáng)，單位為Pa假設(shè)貯槽為敞口，那么p。=pao式2

10、-27為離心泵允許吸上高度的另一計(jì)算式。離心泵的允許氣蝕余量h值也是由生產(chǎn)泵的工廠通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，并將其值列于泵的性能表上。有一些離心油泵的特性曲線圖上，有時(shí)也繪出h與Q的變化關(guān)系曲線，如圖216中h Q曲線所示。由圖可見(jiàn)，h隨Q增大而增大。因此計(jì)算允許安裝高度時(shí)應(yīng)取高流量下的h值。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，泵性能表所列的h值也是按輸送20°C的清水測(cè)定出來(lái)的，當(dāng)輸送其它液體時(shí)應(yīng)乘以校正系數(shù)予以校 正。但因一般校正系數(shù)小于1,故把它作為外加的平安因數(shù)，不再校正。根據(jù)泵性能表上所列的是允許吸上真空度FL抑或是允許氣蝕余量，相應(yīng)地選用式222或式2-27以計(jì)算離心泵的允許吸上高度。通常為平安起見(jiàn)，離心泵

11、的 實(shí)際吸上高度，即實(shí)際安裝高度應(yīng)比允許吸上高度小 0.5Im。例2-4用3B33型水泵從一敞口水槽中將水送到它處，槽內(nèi)液面恒定。輸水量為4555nVh，在最大流量下吸人管路的壓頭損失為Im,液體在吸人管 路的動(dòng)壓頭可忽略。試計(jì)算：(1)輸送20 C水時(shí)泵的安裝高度； 輸送65C水 時(shí)泵的安裝高度。泵安裝地區(qū)的大氣壓為9.8IXI04Pa o解：由附錄二十三查得3B33型水泵的局部性能列于下表:例2-4附表流量Q壓頭H轉(zhuǎn)速n允許吸上真空度Hm3/hmr / minm3035.629007.04532.65.05528.83.0(1)輸送20C水時(shí)泵的安裝高度 根據(jù)式2-22計(jì)算泵的允許安裝高度

12、, 即2UiH=H s - 2g - H f，0 12Ui由題意知，Hf，01 二 im， 2g 0從該泵的性能表可看出，Hs隨流量增加而下降，因此，在確定泵的安裝高度時(shí),應(yīng)以最大輸送量所對(duì)應(yīng)的Hs值為依據(jù)，以便保證離心泵能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而不發(fā)生 氣蝕現(xiàn)象，故取H s =3m由于輸送20E的清水，且泵安裝地區(qū)的大氣壓為9.81X104pa，與泵實(shí)測(cè)Hs的實(shí)驗(yàn)條件相符，故Hs不必?fù)Q算，即H=Hs =3m故耳=31=2m為平安起見(jiàn)，泵的實(shí)際安裝高度應(yīng)該小于2m 輸送65C水時(shí)泵的安裝高度此時(shí)不能直接采用泵性能表中的H s值計(jì)算泵的允許安裝高度，需按式2-23對(duì)Hs進(jìn)行換算，即Hs H =(Ha10)P

13、v9.81*100.24)其中 Hs=3mHa=9.81x104Pa 10m由附錄七查出65C水的飽和蒸氣壓 pv=2.554X104pa及密度980.5kg/吊，那么3(1010)(H =42.554* 1039.81* 100.24)1000980.5 =0.65m將式2-22中的Hs換以H.,以計(jì)算泵的允許安裝高度，得HHg= Hs-f,0 1=0.65-1=-0.35mHg為負(fù)值，表示泵應(yīng)安裝在水面以下，至少比貯槽水面低0.35m。例2-5 用離心油泵從貯罐向反響器輸送液態(tài)異丁烷。貯罐內(nèi)異丁烷液面 恒定。其上方絕對(duì)壓強(qiáng)為6.65kgf /亦。泵位于貯罐液面以下1.5m處，吸人管 路的全

14、部壓頭損失為1.6m。異丁烷在輸送條件下的密度為 530kg/ m,飽和蒸氣 壓為6.5kgf /cnf。在泵的性能表上查得，輸送流量下泵的允許氣蝕余量為 3.5m。 試確定該泵能否正常操作。解：根據(jù)條件考慮泵能否正常操作，就應(yīng)該核算泵的安裝高度是否適宜，即能否防止氣蝕現(xiàn)象。可先用式2-27計(jì)算允許安裝高度，以便和實(shí)際安裝高度進(jìn) 行比擬。P0 Pv円=g - g - h_Hf，0144式中 p 0=6.65x9.807x10 pap v=6.5x9.807x10 PaH f 0 1f, =1.6mh=3.5m4(6.656.5)* 9.807* 103 5 6故 Hg=530 * 9.81=-2.27m泵的實(shí)際