泵的工作原理與性能

泵的工作原理與性能一、泵的工作原理泵按工作原理與性能可分為離心泵、軸流泵、容積泵、混流泵、旋渦式泵、真空泵、射水泵、水擊泵等。一）離心泵離心泵主要是靠葉輪旋轉(zhuǎn)時帶動周圍的水一起旋轉(zhuǎn)，使液體產(chǎn)生慣性離心力而工作的。所以叫離心泵，離心力與物體的質(zhì)量m，旋轉(zhuǎn)半徑R，旋轉(zhuǎn)角度3有關(guān)，若用F代表離心力，它們有這樣的關(guān)系：F=m32R。泵的主要工作部件有葉輪，其上有一定數(shù)目的葉片，葉輪固定于軸上，由軸帶動旋轉(zhuǎn)；泵殼為一螺殼形擴散室，稱為蝸殼，它靜止不動，泵吸入口與吸入管相連，排出口與排出閥相連接。離心泵工作之前首先要在吸入管路和泵內(nèi)充滿所輸送的液體，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，拔動葉輪內(nèi)的液體一起旋轉(zhuǎn)，液體就獲得了能量，因離心力而從葉輪內(nèi)甩出。甩出的液體經(jīng)過蝸殼，擴散管，再從排出管排走。與此同時，葉輪內(nèi)產(chǎn)生真空，而吸入液面的液體在外壓（大氣壓或其他壓力）下，經(jīng)過吸入管路被壓入葉輪內(nèi)。由于葉輪是連續(xù)而均勻地旋轉(zhuǎn)的，所以液體連續(xù)而均勻地被甩出和吸入。離心泵工作時泵內(nèi)不能有空氣存在。因為氣體重度小，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力就小，在葉輪中難以造成必要的真空，也就無法將重度大液體吸入泵中。因此在泵啟動前，必須使泵和吸入系統(tǒng)充滿液體，工作中吸入系統(tǒng)也不能漏空氣，這是離心泵正常工作必須具備的條件。離心泵按葉輪吸入方式可分為單吸式和雙吸式。前者為液體從一側(cè)進入葉輪。該泵結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但葉輪兩邊所受液體的總壓力及受力面不等，存在軸向推力。如電廠中常用的給水泵就屬于這一類。后者為液體從兩側(cè)進入葉輪。該泵構(gòu)造復(fù)雜，制造困難，且固葉輪兩面吸入，在匯合處有沖擊現(xiàn)象。離心泵按葉輪數(shù)目來分可分為單級和多級高心泵，前置泵只有一個葉輪，屬單級泵，其揚程較低。給水泵由六級葉輪串聯(lián)工作，屬多級泵，它可獲得較高揚程。二）軸流泵軸流泵主要是利用葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的推力來工作的。葉片轉(zhuǎn)動，使空氣向前推的力叫推力。當流體繞過翼型時，在翼型的頭部A點處分離成兩股，分別繞過翼型的上下表面后在尾部B點匯合后流出去。由于沿翼型下表面的路程要以沿翼形上表面的路程長一些。因此流體沿著翼型下表面的流動速度要比沿翼型上表面的流動速度快些。根據(jù)伯諾利定理，流速大的地方壓力必然小，流速小的地方壓力必然大，因此上表面的壓力大，下表面的壓力小，結(jié)果在翼型上產(chǎn)生了一個向下的壓力P，這個力就是推力。當流體對翼型產(chǎn)生一個推力時，由于作用力和反作用力大小相等方向相反的原理，翼型相對地給流體一個反推力P'。軸流泵在工作時，葉輪在水中旋轉(zhuǎn)，水流相對于葉片就產(chǎn)生了急速的繞流，這樣葉片的水流就產(chǎn)生一個反推力P'，不斷地把水沿軸向往上推，水流得到葉輪的推力就產(chǎn)生了能量，通過導(dǎo)葉和出口彎管送到高處。三）混流泵的工作原理混流泵的葉輪形狀介于離心泵和軸流泵之間，因此葉輪在旋轉(zhuǎn)時，它的葉片對水既產(chǎn)生離心壓力，又產(chǎn)生推壓力。水流在進出葉輪時的方向是斜向的，故又稱斜流泵。離心力或推力所占比例的大小取決于葉片的設(shè)計方法，當葉片用升力法設(shè)計時，則主要為推力。水離開葉輪后，通過出口導(dǎo)葉使部分速度能變成壓力能。壓力水再由水管流出去。另外，由于葉輪中的水在葉片上被壓全導(dǎo)葉，葉輪進口附近形成了相對的低壓區(qū)，在進水池液面上大氣壓力作用下，水源源不斷地被壓入葉輪，周而復(fù)始，水就被連續(xù)地送到需要的地方去。二、泵的分類一） 泵的種類：1、 葉片泵：離心泵、軸流泵、混流泵等2、 容積泵：齒輪泵、螺桿泵、活塞泵等3、 其他類型：噴射泵、真空泵等二） 離心泵的種類：1、 按工作葉輪的數(shù)目分：單級泵、多級泵。2、 按工作壓力分：低壓泵、中壓泵、高壓泵。3、 按葉輪的進水方式分：單吸泵、雙吸泵。4、 按泵軸的位置分：臥式泵、立式泵5、 按泵的轉(zhuǎn)速是否可變分：定速泵、調(diào)速泵。三、泵的性能參數(shù)泵的性能參數(shù)包括流量、揚程（壓頭）、轉(zhuǎn)速、功率、效率等。用它們就可以表征一臺泵的的整體性能。一） 流量流量是指泵在單位時間內(nèi)輸送流體的何種或質(zhì)量。體積流量常用符號Q表示，單位為米3/時，立升/秒或米3/秒。重量流量常用符號G表示，單位為千牛/時、牛/秒。它們之間的關(guān)系為：G=RQ 牛/秒式中R——流體高度，牛/米3。Q 體積流量，米3/秒。二） 壓頭壓頭是指單位物量（重量或體積）的流體通過泵所獲得的能量。泵的壓頭也叫揚程。它僅僅與泵本身有關(guān)，而與進出口管路無關(guān)。換名話說是泵在理論上所能提升的液體高度，它不是實際的揚水高度。通常用符號H表示，單位是液柱。通常所指的泵的揚程是指它的全揚程。所謂全揚程是吸上揚程（泵能將液體吸上的高度）與壓出揚程（泵能將液體壓出的高度）之和，但是，水泵在管路系統(tǒng)中工作時，由于液體克服吸入管路阻力要損失一部分能量hw1，克服壓出管路阻力也要損失一部分能量hw2，同時考慮到吸水池液于全壓水池液面的靜水頭Ht，兩液面之間的壓力水頭差Hp，如果考慮到進出水管的直徑不同時，在進出口之間還有速度水頭差V2—v2d2g由此，水泵的揚程應(yīng)為上述各項之和，即：H=Ht+Hp+Hd+Hwm液柱（4-1）式中Ht——靜壓水頭，Ht=Hj±Hgm，當吸水池在泵軸中心線以上時，Hg取“一”號，在軸中心線以下時，Hg取"+”號;Hj——靜壓出水頭，m；Hg——靜吸入水頭（幾何安裝高度），m；Hw 管路阻力損失水頭，Hw=Hw1+Hw2,m；Hp 壓力水頭差，H廣寸，m；其中Pe2——排水池液面壓力，Pa（絕對壓力）；Pel 吸水池液面壓力，Pa（絕對壓力）；V——流體重度，N/ms；通常在水泵的進出口法蘭處分別裝有真空表和壓力表（如果進口壓力高于大氣壓力時，如給水泵那樣，進口也裝壓力表）。將它們的讀數(shù)換算成水柱高度，就可以根據(jù)其值和速度水頭算出水泵的揚程。當泵入口壓力P小于大氣壓力Pa時，稱為真空，可用下式表示：H=*msV三）功率功率是指單位時間內(nèi)作功的大小。泵的輸入功率是指從原動機側(cè)通過軸傳送過來的功率，通常稱為軸功率，以符號N表示，單位為千瓦。考慮到運轉(zhuǎn)過程中可能會起負荷，因此與泵配套的原動機的功率應(yīng)比軸功率大。泵的輸出功率是指單位時間內(nèi)通過泵的流體所獲得的能量，也稱有效功率。用符合Ne表示。若泵的揚程為H米水柱，泵的容積流量是Q米3/秒，則泵的有效功率可用下式計算：N=V■Q■H KW （4-2）e1000由于泵運轉(zhuǎn)過程中內(nèi)部有各種損失，它們包括軸承，密封填料與軸間的摩擦損失，葉輪與泵殼密封環(huán)間不正常的摩擦損失。葉輪前后蓋板與液體的摩擦損失，液體通過密封環(huán)之間的泄漏損失，液體流經(jīng)吸入口、葉輪、殼體等沿程摩擦阻力和局部阻力損失等。所以輸入的軸功率不可能全部轉(zhuǎn)換成流體的能量，也即有效功率始終小于軸功率。如果與泵配套的原動機的功率用符號Ng表示，則它們之間有如下關(guān)系：Ng>N>Ne四）效率效率是衡量水泵性能好壞的一項重要技術(shù)經(jīng)濟指標。如前所述，由于存在各種損失，要消耗一部分能量，輔功率不可能全部變?yōu)橛行Чβ?。泵的有效功率與軸功率的比值為總數(shù)率，用符號n表示，即門=Nx100% （4-3）N五） 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是指泵的轉(zhuǎn)子在每分鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)，用符號n表示，單位為轉(zhuǎn)/分，對同一臺泵而言，轉(zhuǎn)速改變后，流量、壓頭、功率都要隨之變化，它們有如下的變化關(guān)系：流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓頭與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。在流量與壓頭相同的前提下，若采用高轉(zhuǎn)速，則可以縮小水泵葉輪尺寸或減少葉輪級數(shù)?，F(xiàn)代大型電廠給水泵就是利用這一關(guān)系來達到減少葉輪級數(shù)，縮短長度的目的。六） 泵的性能曲線泵的性能曲線是指在一定的轉(zhuǎn)速下壓頭H，功率N（一般指軸功率），效率n與流量Q的關(guān)系曲線，另外還有表示泵的汽蝕性能的允許汽蝕余量（Ah）或允許吸上真空高度（Hs）與流量Q的關(guān)系性曲線，這些曲線指明了各參數(shù)隨流量變化的關(guān)系，從而確定了泵的工作范圍。泵在設(shè)計時是在給定的一組參數(shù)下進行的，這一組參數(shù)所組成的工況稱為設(shè)計工況。當泵在設(shè)計工況下運行時，應(yīng)該具有最高效率。但隨著外界條件的改變，泵的工況也要相應(yīng)的變化，即泵的工況點會偏離設(shè)計工況，造成效率下降。為了不使水泵的效率下降太多，所以對各種型式的泵都確定了一個工作范圍。掌握這些性能曲線就能夠正確地選擇，經(jīng)濟合理地使用水泵。泵的性能曲線主要有：流量與揚程（Q-H）曲線，流量與功率（Q-N）曲線，流量與效率（Q-n）曲線，流量與允許汽蝕余量（或允許吸上真空高度）（q-[ah]）曲線。泵的工作性能曲線都是通過試驗的方法求得的。試驗時是在一定的轉(zhuǎn)速下改變流量，則可在不同的流量下測出不同的揚程、功率，并可根據(jù)式4-3）計算出效率。整理這些數(shù)據(jù)可繪制出Q-H、Q-N、Q-n等關(guān)系曲線。其中Q-H最主要，Q-H曲線的形狀反映了水泵運行的穩(wěn)定性。Q曲線為平坦的性能曲線，這種性能曲線適應(yīng)于流量調(diào)節(jié)范圍較大，而壓力要求變化較小的系統(tǒng)中，b曲線為陡降的性能曲線，這種性能曲線適用于在流量變化不大時，要求壓力變化較大的系統(tǒng)中。曲線C是有駝峰的性能曲線，若具有這種曲線的泵在極大值A(chǔ)點以左工作，則會出現(xiàn)不穩(wěn)定工況。因此，泵在工作時應(yīng)該避免在A點以左工作。泵工作點的揚程一般應(yīng)該小于流量為零時的揚程。需指出的是，以上討論的性能曲線是對一定的轉(zhuǎn)速而言。對變轉(zhuǎn)速水泵，如小汽輪機帶動的給水泵或通過液力聯(lián)軸器帶動的給水泵，當泵的轉(zhuǎn)速由n變?yōu)閚1時，流量、揚程和功率都相應(yīng)地變?yōu)镼1、H1、N1，它們有如下的關(guān)系：Q1=Q%H1=H（『,N1=N（n）3 （4-4）按照上述關(guān)系，就可以根據(jù)某一轉(zhuǎn)速下的特性曲線求出變轉(zhuǎn)速下的特性曲線。已知轉(zhuǎn)速n時的Q-H曲線，要求ni時的。「耳曲線，可在Q-H曲線上選取若十點a、b、c、d，將每個點上的Q、H值換算成相應(yīng)的?！附兄?，就得到a'、b'、c'、d'，將它們連成光滑曲線便得到Q—H曲線。同理也可得出Q、一N曲線。1 1 1 1在電廠有時需要改變泵的性能來滿足實際的需要，可以采取將泵葉輪外徑由D2車小至D2'，而其他幾何尺寸和轉(zhuǎn)速保持不變的情況下來達到。若原來的流量為Q，揚程為H「軸功率為N「葉輪直徑改變后，泵的流量將變?yōu)镼「揚程為H】，軸功率為N】，它們之間有如下關(guān)系：Q=Q（D）,H=H（D）2,N=N（D）3 （4-5）i D2 1 D2 1 D2根據(jù)上述公式，用同樣方法可作出改變?nèi)~輪直徑后的性能曲線，如圖4-22所示（陽邏教材P284，7-7圖）。第三節(jié)泵的汽蝕現(xiàn)象一、汽蝕現(xiàn)象液、汽在一定的溫度和壓力下可以互相轉(zhuǎn)化，這是液體所固有的物理特性。例如將水在一個大氣壓下加熱至100°C，水就開始汽化，或者保持水的溫度為一定值，而逐漸減小水面上的壓力，當降低到某一值時，水同樣也會汽化，這個壓力叫做水在該溫度下的汽化壓力，用符號Pv表示。如20C的水，其汽化壓力為2.4KPa,如果水在該流動過程中，某一局部地區(qū)等于或低于該水溫所對應(yīng)的汽化壓力時，水就在該處發(fā)生汽化。此時就有大量的蒸汽及溶解于水中的氣體逸出，形成許多蒸汽與氣體混合的小汽泡。當汽泡隨著流體從低壓區(qū)流向高壓區(qū)時，汽泡在高壓作用下迅速凝結(jié)而破裂，與此同時，汽泡周圍的液體以極高的速度流向原汽泡所有的空間，形成一個沖擊力。由于汽泡中部分氣體和蒸汽來不及在瞬間全部溶解和凝結(jié)。在沖擊力沖擊下又分成小汽泡，再被高壓壓縮、凝結(jié)，如此形成多次的往反。因此在極微小的面積小，可使局部壓力高達幾百甚至上千大氣壓，沖擊頻率可達每秒幾萬次。材料表面在水擊壓力作用下，形成疲勞而遭到嚴重破壞，從開始的點蝕到嚴重的蜂窩狀空洞，最后甚至把材料壁面蝕穿，通常把這種破壞稱為機械剝蝕。另外，在所產(chǎn)生的汽泡中，某些活潑氣體，如氧氣等，借助汽泡凝結(jié)時放出的熱量，對金屬起化學腐蝕作用，一般把汽泡的形成發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全過程，稱為汽蝕現(xiàn)象。一、 汽蝕的危害一） 汽蝕對泵的工作有三方面的影響：a、流量減小，揚程降低，效率降低。汽蝕發(fā)展嚴重時，由于大量汽泡的存在而堵塞了流動的面積，這樣既改變了流體流動的方向，又減少了流體從葉片中獲得的能量，導(dǎo)致?lián)P程降低，效率也降低；b、噪音與振動。當汽蝕發(fā)生時，由于汽泡破裂，高速沖擊引起嚴重的噪聲。在現(xiàn)場，用聽棒放在泵入口處外殼處，往往聽見這種噪音，汽蝕過程本身就是一個反復(fù)沖擊，凝結(jié)的過程，伴隨著很大的脈動力，如果這些脈沖動力的某一頻率與設(shè)備的自然頻率相等，就會引起機組強烈振動；c、材料的破壞。汽蝕發(fā)生時，由于機械剝蝕與化學腐蝕的共同作用，使材料受到破壞。二） 泵的汽蝕是十分有害的，所以必須設(shè)法使泵在運行中不發(fā)生汽蝕。汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生是由于泵吸入口側(cè)的壓力降得過低而造成的，因此為了使泵安全運行，就要設(shè)法改善吸入管路，減少吸入管損失和合理確定安裝高度。三、吸上真空高度以中小型臥式離心泵為例，通常泵的樣本或說明書給出的一項性能指標，叫做“允許吸上真空高度”，常用符號（Hs）表示。泵的幾何安裝高度就是根據(jù)這一指標來定的。從圖4-23中可知，葉輪在泵內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，在離心力作用下流體被甩出葉輪，在葉輪的入口處就形成真空，于是水池中的液體就在外界壓力的作用下經(jīng)吸入管路進入泵內(nèi)。現(xiàn)以水池表面為基準，列出水面 e-e和泵入口s-s斷面處的伯諾利(Bernoulli)方程式:中+斧=中+丁+h+h當水池較大，可以認為Ve=0，于是上式移項后得:H=Pje— —?2—hm（4-6）式中：Hg——幾何安裝角度，m；Pe 吸水池液面壓力，Pa；Ps——泵吸入口壓力，Pa；Vs——泵吸入口平均速度，m/s；hw——吸入管路中的流動損失，m；r 液體重度，N/m3。如果液面壓力為一個標準大氣壓，即Pe=Pa，則上式可寫成：H=^-ja—^-^—二"—hm（4-7）從式（4-7）中知，泵的幾何安裝高度Hg與液面壓力？。，入口壓力？，，入口平均速度Vs以及吸管路中的流動損失hw有關(guān)。如果用該泵來吸水，并且考慮到一個工程大氣壓為10米水柱，由于泵吸入口是不可能達到絕對真空的，而且當葉輪吸入口處的壓力按近水的汽化壓力時，就會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象而吸不上水來，另外吸入管路上還有一定的阻力，所以泵的幾何安裝高度總是小于10米。式（4-7）中中—p這兩項之差稱為吸上真空高度，用符號（Hs）表示，即氣=牛—p，這是在泵吸入口處用液柱高度表示真空度。理論分析和實踐證明，泵內(nèi)壓力最低點不在泵的吸入口，而在葉輪葉片入口背面附近的R點如圖4-24所示（陽邏教材P285,7-9圖）。當泵內(nèi)快=己時，rr剛剛開始產(chǎn)生汽蝕，我們把此時泵吸入口的真空高度稱為最大吸上真空高度，用符號Hsmax表示。所計算的安裝高度也是最大的安裝高度，即:smaxHgmax=Hsmaxsmax最大吸上真空高度Hsmax只能依靠試驗求出。由于在Hsmax下工作時，泵內(nèi)仍會發(fā)生汽蝕，為了確保泵不發(fā)生汽蝕，我國一機部標準（JB1039-69和1040-67）規(guī)定留有0.3米的安全量，即將試驗得出的Hsmax減去0.3米作為允許的最大吸上真空高度，或稱為允許吸上真空高度，用符號［Hs］表示，即：[Hs]=Hsmax-0.3 m代入式（4-7）中得m(4-8)［H］=［H］-七2-hg s2g wm(4-8)式（4-8）就是允許幾何安裝高度［Hg］與允許吸上真空高度［Hs］之間的關(guān)系式。由該式可知：a、泵的允許幾何安裝高度［Hg］應(yīng)從泵樣本或說明書中所給的允許吸上真空高度［Hs］減去泵吸入速度頭匕2和吸入管路的流動損失hw。一般2g情況下，［Hs］是隨著流量的增加而降低的。因此應(yīng)按樣本中最大流量所對應(yīng)的［Hs］來計算。b、為提高［Hg］，應(yīng)盡量減小匕2和hw，在相同流量下可采用增加吸入2g管直徑，減少吸入管長度和彎頭，附件等辦法來解決。具體應(yīng)用中，［Hg］應(yīng)由用戶自己確定，泵制造廠只能提供［Hs］值，而［Hs］值又是在常態(tài)狀況下（即大氣壓為760毫米泵柱、水溫為20°C）的數(shù)值，如使用條件偏離常態(tài)狀況時，應(yīng)把［Hs］按下式換成使用條件下的［Hs］值。［Hs］'=［Hs］-10.33+Ha-0.24-Hv （4-9）式中：［Hs］'——泵使用地點的允許吸上真空高度，m；［Hs］——泵樣本或說明書中給出的允許吸上真空高度，m；［Ha］——泵使用地點的大氣壓頭，m；［Hv］——泵所輸送液體溫度下的飽和蒸汽壓頭，m；式中10.33和0.24分別為標準大氣壓和20C常溫水的飽和蒸汽壓頭，m。泵安裝地點海拔越高，大氣壓力越低，允許吸上真空度就越小。輸送流體的溫度越高，所對應(yīng)的汽化壓力就越高，流體就越容易汽化。在某些情況下，為了保證不發(fā)生汽蝕而使吸上真空高度取負值，即將水泵放在吸水面以下的位置。這一負的允許吸上真空高度也稱“倒灌高度”，當吸水面上的壓力低于大氣壓，如凝汽器內(nèi)處于真空狀態(tài)，則要求把凝結(jié)水泵安裝在熱水井水面以下的位置，否則凝結(jié)水泵入口處會發(fā)生嚴重的汽蝕。當水溫較高，如除氧器內(nèi)的水溫，其對應(yīng)的汽化壓力也較高，故要求把給水泵安置在除氧比箱水面以下一定位置。四、泵的汽蝕余量Ah泵在運行中是否會發(fā)生汽蝕，除了與前面介紹的吸上真空高度有關(guān)外，還與泵的汽蝕性能有關(guān)。表征泵的汽蝕性能的參數(shù)叫汽蝕余量用符號Ah表示，國外也叫凈正吸上水頭，用NPSH表示(NetPositiveSuctionHead)。汽蝕余量又分有效汽蝕余量和必需汽蝕余量，在實際工作中會觀察到兩種情況，一種情況是兩臺不同型號的泵相同條件下工作，一臺泵可能發(fā)生汽蝕，另一臺泵可能不發(fā)生汽蝕，這說明泵的汽蝕是與泵本身的汽蝕性能有關(guān)。通常稱泵本身的汽蝕性能為必需的汽蝕余量，用Ahr表示。另一種情況是，同一臺泵在一種吸入裝置條件下運行時可能發(fā)生汽蝕，當改變?yōu)榱硪环N吸入裝置條件下運行時，可能不發(fā)生汽蝕了，這就說明泵的汽蝕還與泵的吸入裝置條件有關(guān)，按照泵的吸入裝置情況所確定的汽蝕余量稱為有效汽蝕余量，通常用△he表示。由此可見，泵在實際運行中是否會發(fā)生汽蝕是由有效汽蝕余量Ahe和必需汽蝕余量Ahr兩者之差決定的。有效汽蝕余量Ahe是指在泵的入口處，每單位重量的液體所具有的超過汽化壓力的富余能量，即液體所具有的避免泵發(fā)生汽化的能量。由上面知道，有效汽蝕余量的大小只與吸入系統(tǒng)的裝置情況有關(guān)，而與泵本身無關(guān)，Ahe可由下式表示：△腿=%+圮-Pv m (4-10)由式(4-6)得P+圮=P-h一hw將上式代入式(4-10)中得△he=^-^--h-hm (4-11)P式(4-11)表明，有效汽蝕余量Ahe就是吸入容器中液面上的壓力頭e在r克服吸水管路裝置中的流動損失hw，并把水提升到Hg的高度后，所剩余的超過汽化壓力的能量。當吸入容器液面比水軸線高時，即前面所說的具有負的吸上真空高度后或“倒灌高度”時，上式特變?yōu)椋骸鱤e=~P~e—P~v+h—hm (4T2)發(fā)電廠的除氧器和凝汽器內(nèi)壓力為水溫所對應(yīng)的汽化壓力時，Pe=Pv,于是△he二Hg-hw m(4-13)由式(4-11)、(4-12)可知：a、在運行的電廠中Pe/r和Hg保持不變時，當流量增加，流速加快，吸入管路中的流動損失hw增加，Ahe將變小，發(fā)生汽蝕的可能性增加；b、在吸入容器內(nèi)的水為未飽和水時，隨著輸送水的溫度增加，其對應(yīng)的汽化壓力Pv/r也越大，Ahe就越小，發(fā)生汽蝕的可能性越大。由前述所知，必須汽蝕余量只與泵本身的汽蝕性能有關(guān)，液流從泵入口到葉輪出口沿流程其壓力的變化，液體壓力開始是逐漸下降的，至k-k處壓力變?yōu)樽畹停院笥捎谌~輪對液體作功，壓力就很快上升，壓力下降的原因是由于泵吸入口斷面有所收縮，使液流有加速損失和流動損失；另外由于速度方向和大小都有變化，引起絕對速度分布不均勻，速度高處壓力下降，再者流體進入葉輪流道時，要流葉片的進口邊，從而造成相對速度的增大和分布的不均勻性，引起壓力下降。因此最易產(chǎn)生汽蝕的地點并不在泵入口斷面處，而在泵內(nèi)壓力最低的k-k斷面處。要使泵內(nèi)不發(fā)生汽化，必須使k-k處的最低壓力Pk大于汽化壓力Pv，當Pk小于或等于Pv時，則會發(fā)生汽蝕。我們把液體由泵入口流到泵內(nèi)k-k處對所需要的能量稱為必需汽蝕余量。理論分析表明必需汽蝕余量^hr有下列關(guān)系：△阮=人3+人皿 m(2-14)12g22g式中入「入2是與流體的絕對速度有關(guān)的兩個系數(shù)。目前還不能用計算方法得到準確的數(shù)據(jù)，因而必需汽蝕余量也不能用計算方法來確定，只能通過泵的汽蝕試驗來確定。綜上所述，有效汽蝕余量Ahe是標志泵使用時的裝置汽蝕性能，只要吸入裝置確定以后，有效汽蝕余量就可以很容易計算出來。因此，為避免發(fā)生汽蝕，就必須提高△he。必需汽蝕余量Ahr是標志泵本身的汽蝕性能參數(shù)。只與葉輪進口部分吸入室的幾何形狀有關(guān)，是由設(shè)計決定的?！鱤r越小說明泵本身的汽蝕性能越好，因此要提高泵的汽蝕性能，就要使Ahr減小。由此可知，泵在運行中是否發(fā)生汽蝕，取決于有效汽蝕余量Ahe和必需汽蝕余量Ahr之差A(yù)h。Ah=Ahe-Ahr （4-15）△h就是泵的汽蝕余量，它表明在泵內(nèi)最低壓力處，所剩余的超過汽化壓力的能量。顯然，泵不發(fā)生汽蝕的條件是△h>0，即^he>Ahro因為在這種情況下，葉輪內(nèi)的最低壓力Pk>Pv，這時不會發(fā)生汽蝕。有效汽蝕余量是隨流量的增加而下降的，當流量增加到使得^he=^hr時，即可開始發(fā)生汽蝕的臨界情況，也稱為臨界點，這點所對應(yīng)的流量Qd稱為臨界流量。在吸入裝置一定的情況下，要保證泵在運行時不發(fā)生汽蝕，必須使流量Q小于Qd。此外，泵在小流量運行時，由于葉輪對水的摩擦，會使泵內(nèi)水溫升高，使Pv增加，從而相應(yīng)的^he降低了，所以還必須使Q>Qmin，只有Qd>Q>Qmin才安全，電廠中給水泵在小流量運行時，最小流量閥打開就是這個道理。五、改善泵抗汽蝕性能的措施提高泵本身的抗汽蝕性能，即盡可能的降低△hr，是非常重要的，但對給定的泵來說，則應(yīng)合理地確定吸入系統(tǒng)的裝置情況，此外，泵的合理使用和運行也是不容忽視的。一） 降低必需汽蝕余量^hr的措施1、 從式（4-4）可知，減少Vo和Wo都可知提高泵的抗汽蝕性能，Vo、Wo與葉輪入口尺寸有關(guān)。因此改進入口的幾何尺寸，就可以改善汽蝕性能。如加大入口直徑Do可以使Vo減小，加大葉片進口寬度b1，可以使Vo和Wo減小。2、 采用雙吸式葉輪，相當于葉輪每側(cè)的流量減小一半，從而使Vo減小。3、 在離心泵葉輪前加裝誘導(dǎo)輪。誘導(dǎo)輪是在第一級葉輪前裝置的一個軸流式的螺旋形葉輪，它與一般的軸流泵葉輪有明顯的不同，顯然，由于裝上誘導(dǎo)輪后，提高了第一級葉輪入口前的壓力，從而改善了泵的吸入性能。二） 提高吸入裝置有效汽蝕余量的措施1、合理確定幾何安裝高度及吸入管路的流動損失，從式（4-11）知，Pe、Pr是由工作條件決定的，因此，可根據(jù)該式來計算幾何安裝高度Hg。為了減小流動損失hw，應(yīng)盡可能減少吸入管路上的附件，如彎頭、閥門等，應(yīng)合理地加大吸入管的直徑，以減小流速，同時應(yīng)使管路最短。三） 運行中應(yīng)注意的問題1、由于必需汽蝕余量Ahr與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此，泵在運行中轉(zhuǎn)速不應(yīng)高于規(guī)定轉(zhuǎn)速。2、如吸入系統(tǒng)上裝有閥門，則在泵運行時，不允許用該閥門調(diào)節(jié)流量，因為這樣將導(dǎo)致hw增大，從而降低△he。二、運行工況的調(diào)節(jié)泵的運行工況為適應(yīng)外界負荷的要求而隨之改變，稱為泵的工況調(diào)節(jié)。改變運行工況就是通過改變工作點的位置來調(diào)節(jié)泵的流量。由工作點的概念知道，同一系統(tǒng)中泵的性能曲線和管路的特性曲線只要有一方發(fā)生變化，都會引起工作點的改變，所以調(diào)節(jié)的方法有兩類，一類是改變泵的性能曲線，另一類是改變管路的特性曲線。改變泵本身性能曲線的方法有：變速調(diào)節(jié)、動葉調(diào)節(jié)和汽蝕調(diào)節(jié)等。改變管路特性曲線的方法通常采用出口節(jié)流調(diào)節(jié)。一） 出口端節(jié)流調(diào)節(jié)就是將節(jié)流部件裝在泵出口管路上的調(diào)節(jié)方法。其原理就是改變管路特性曲線的形狀，從而變更泵的工作點。如圖4-34所示（陽邏教材P292,7-19圖）Q-H為泵的性能曲線，1為泵排出口閥門全開時的管路特性曲線，工作點為M，流量為Q『當泵運行中要使流量減少時，關(guān)小泵出口閥門，因閥門阻力增大，管路特性曲線變陡。I'為閥門關(guān)小后的管路特性曲線，工作點為A，流量為Qa。此時，若不關(guān)小閥門，其阻力損失為BC高度；關(guān)小閥門，其阻力損失為AC高度。AB=AC-bC=△匕.高度是由于閥門點關(guān)小而多消耗在閥門上的能量，相應(yīng)多消耗的功率為an