泵與風(fēng)機(jī)-泵的氣蝕4

第四章泵的氣蝕章節(jié)結(jié)構(gòu)：第一節(jié)氣蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響第二節(jié)吸上真空高度HS第三節(jié)氣蝕余量（重點(diǎn)內(nèi)容）第四節(jié)氣蝕相似定律及氣蝕比轉(zhuǎn)速第五節(jié)提高泵抗氣蝕性能的措施第一節(jié)氣蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響一、泵內(nèi)汽蝕現(xiàn)象（水力機(jī)械的系統(tǒng)和設(shè)備）1、定義：由于氣化產(chǎn)生氣泡，氣泡進(jìn)入高壓區(qū)破裂，引發(fā)周?chē)后w高頻碰撞而導(dǎo)致材料受到破壞的全部過(guò)程。4

從熱力學(xué)可知，水在常壓下，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)開(kāi)始沸騰——汽化。反過(guò)來(lái)，在溫度一定時(shí)，壓力越低，就越容易汽化。即汽化時(shí)的壓力和溫度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。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。壓力較低時(shí)，當(dāng)達(dá)到某一值(對(duì)應(yīng)溫度下的飽和壓力)后，此處的水就會(huì)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(kāi)始釋放出來(lái)，從而形成一定數(shù)量的氣泡。2、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→腐蝕性破壞汽蝕對(duì)泵葉輪的破壞電廠循環(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→點(diǎn)蝕汽泡形成→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。蜂窩狀汽蝕。二、氣蝕對(duì)泵工作的影響圖4-1葉輪內(nèi)氣蝕發(fā)生的部位泵內(nèi)氣蝕發(fā)生與發(fā)展的過(guò)程潛伏氣蝕（初生氣蝕）泵的斷裂工況7

1、造成材料破壞，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。

3、性能下降

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。一、氣蝕現(xiàn)象及危害低壓區(qū)→產(chǎn)生氣泡→高壓區(qū)→氣泡破裂→產(chǎn)生局部真空→水力沖擊→發(fā)生振動(dòng)、噪音，對(duì)部件產(chǎn)生麻點(diǎn)、蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。泵的流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，壓力最低的部位在此。泵的流量大于設(shè)計(jì)流量時(shí)，壓力最低的部位在此。一、氣蝕現(xiàn)象及危害低壓區(qū)→產(chǎn)生氣泡→高壓區(qū)→氣泡破裂→產(chǎn)生局部真空→水力沖擊→發(fā)生振動(dòng)、噪音，部件產(chǎn)生麻點(diǎn)、蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。一、氣蝕現(xiàn)象及危害（1）汽蝕程度較小時(shí)，對(duì)性能的影響不大(有時(shí)，因有氣泡，在氣泡數(shù)適當(dāng)時(shí)，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(shí)材料同樣會(huì)遭受沖擊，慢慢剝蝕。（2）當(dāng)氣泡數(shù)量很多時(shí)，因氣體的體積遠(yuǎn)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，即斷裂工況，使性能迅速惡化.（3）從圖4-3到圖4-5：ns↑―→氣蝕越不易發(fā)生低比轉(zhuǎn)速大比轉(zhuǎn)速高比轉(zhuǎn)速12第二節(jié)吸上真空高度HS圖4-3ns=70的單級(jí)離心泵發(fā)生氣蝕的性能曲線列吸水池液面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

在介紹汽蝕余量時(shí)要用到此關(guān)系式立式泵的幾何安裝高度hg

：第一級(jí)工作葉輪進(jìn)口邊的中心線至吸水池液面的高度差。吸水池液面為大氣壓patm時(shí)，令稱為吸上真空高度，則上式變?yōu)椋?/p>

當(dāng)qV=C時(shí)，Hg(Hs)HsHsmaxpsminpkpV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。為了保證泵不發(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（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)。

（2-4）

在計(jì)算[Hg]中必須注意以下三點(diǎn)：（2）[Hs]值是泵制造廠在pa=10.13×104Pa，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。

（2-5）大氣壓頭飽和蒸汽壓頭標(biāo)準(zhǔn)條件

【例2-1】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力時(shí)大氣壓強(qiáng)pa=9.51×104Pa，由附錄查得水溫為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。由換算公式得修正后的吸上真空高度為：

又因?yàn)椋核?，泵的幾何安裝高度應(yīng)為：18第三節(jié)汽蝕余量NPSH:NetPositiveSuctionHead

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)。當(dāng)泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕時(shí)，必有：稱泵吸入口液流的總能頭高于汽化壓強(qiáng)的的富余能頭為汽蝕余量，以符號(hào)NPSH表示。ps>pK=pV

。有效汽蝕余量（裝置氣蝕余量）：按吸入條件確定必需汽蝕余量（泵的氣蝕余量）：按本身的氣蝕性能分類(lèi)

NPSHa

NPSHr

一、有效汽蝕余量1、定義

位能以中心線為基準(zhǔn)，即，z=0

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(wú)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。將泵吸入管路能量方程式：代入上式得：2、影響因素，故當(dāng)qVNPSHa。

而且由于應(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。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)，則下式即，凝結(jié)水泵和給水泵均應(yīng)采用倒灌高度安裝。可改寫(xiě)為：NPSHa=－Hg－h(huán)s>0只有：－Hg=Hd>0，才有可能使NPSHa>0二、必須汽蝕余量

1、定義

利用能量方程可以推得：

（式4-14）23

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(wú)關(guān)，故又稱之為泵的汽蝕余量。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(guò)試驗(yàn)測(cè)出。當(dāng)qV↑→NPSHr↑。

三、NPSHa與NPSHr的關(guān)系即NPSHr≥NPSHa，泵內(nèi)將產(chǎn)生汽蝕。但流量不能太?。?/p>

當(dāng)qV

≥qVC時(shí)，因pK≤pV,

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

定量關(guān)系可由式（4-6）減去式（4-14）導(dǎo)出，即沖角hwNPSHrNPSHr-qVNPSHa-qVH-qV汽蝕區(qū)非汽蝕區(qū)qVHNPSHOqVCC

1、泵運(yùn)行中,NPSHa-qV和NPSHr-qV的變化關(guān)系如圖所示。由圖可知,qVNPSHa

pK=pV，液體開(kāi)始汽化。此時(shí)，NPSHa就是使泵內(nèi)發(fā)生汽蝕的臨界值，即：2、臨界汽蝕余量

NPSHc和允許汽蝕余量

[NPSH]的關(guān)系

該值可通過(guò)泵汽蝕試驗(yàn)確定。也有采用：

[NPSH]=（1.1～1.3）NPSHcNPSHa=NPSHc=NPSHr

為了避免泵內(nèi)汽蝕的發(fā)生，常常在NPSHc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：[NPSH]=NPSHc+0.3mNPSHr-qVNPSHa-qV[NPSH]-qVH-qV汽蝕區(qū)非汽蝕區(qū)KqVHNPSHOqVCC設(shè)計(jì)點(diǎn)A四、NPSH與Hs

的關(guān)系

所不同是：使用式（4-18）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。

在式（4-7）中：Hg，[NPSH]NPSHa，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]

上式與意義。比較，兩者具有相同的實(shí)用

【例2-2】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）

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

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？第四節(jié)汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)速一、汽蝕相似定律由于NPSHr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：

（2-15）

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。

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？當(dāng)n

時(shí),qV進(jìn)口處反向流主流p,游離氣體析出，NPSHr的試驗(yàn)值>換算值，表明：換算值偏于不安全。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，NPSHr的試驗(yàn)值<換算值，表明：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。

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。二、汽蝕比轉(zhuǎn)速

（2-17）

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，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(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。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。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

其加壓和強(qiáng)制預(yù)旋w0

NPSHr；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。

2．加裝誘導(dǎo)輪在水泵安裝時(shí)盡可能地減少吸入管路上的彎頭等附件，并不設(shè)閥門(mén)等，合理地加大吸入管道的直徑，以減小流速，盡量縮短吸入管道長(zhǎng)度。

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

在可能的情況下,Hg

；對(duì)吸飽和水的給水泵和凝結(jié)水泵必須采取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泵入口有NPSHa除氧器的Hd安裝困難且不經(jīng)濟(jì)。為降低除氧器的安裝高度，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。前置泵轉(zhuǎn)速低，且具有較好的抗汽蝕性能，給水經(jīng)前置泵升壓后再進(jìn)入給水泵，相當(dāng)于提高了吸入池液面的壓強(qiáng)水頭pe/g，提高了泵的NPSHa，改善了給水泵的汽蝕性能。（1）規(guī)定首級(jí)葉輪的汽蝕壽命。運(yùn)行中一般不能因?yàn)榻o水泵或凝結(jié)水泵汽蝕而導(dǎo)致停機(jī)，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)