泵與風機-泵的氣蝕4

第四章泵的氣蝕章節(jié)結構：第一節(jié)氣蝕現(xiàn)象及其對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（重點內(nèi)容）第四節(jié)氣蝕相似定律及氣蝕比轉速第五節(jié)提高泵抗氣蝕性能的措施第一節(jié)氣蝕現(xiàn)象及其對泵工作的影響一、泵內(nèi)汽蝕現(xiàn)象（水力機械的系統(tǒng)和設備）1、定義：由于氣化產(chǎn)生氣泡，氣泡進入高壓區(qū)破裂，引發(fā)周圍液體高頻碰撞而導致材料受到破壞的全部過程。4

從熱力學可知，水在常壓下，當溫度達到一定值時開始沸騰——汽化。反過來，在溫度一定時，壓力越低，就越容易汽化。即汽化時的壓力和溫度有一一對應的關系。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，當達到某一值(對應溫度下的飽和壓力)后，此處的水就會產(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始釋放出來，從而形成一定數(shù)量的氣泡。2、形成：機械侵蝕化學腐蝕內(nèi)向爆炸性冷凝沖擊，微細射流→疲勞破壞汽泡潰滅→活性氣體→凝結熱→腐蝕性破壞汽蝕對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→點蝕汽泡形成→發(fā)展→潰滅→過流壁面破壞的全過程。3、分類：移動汽蝕、固定汽蝕、旋渦汽蝕、振動汽蝕。蜂窩狀汽蝕。二、氣蝕對泵工作的影響圖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：若振動產(chǎn)生汽泡，汽蝕產(chǎn)生振動→互相激勵→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、噪音，對部件產(chǎn)生麻點、蜂窩狀的破壞現(xiàn)象。泵的流量小于設計流量時，壓力最低的部位在此。泵的流量大于設計流量時，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、噪音，部件產(chǎn)生麻點、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，對性能的影響不大(有時，因有氣泡，在氣泡數(shù)適當時，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，此時材料同樣會遭受沖擊，慢慢剝蝕。（2）當氣泡數(shù)量很多時，因氣體的體積遠大于水的體積，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)生低比轉速大比轉速高比轉速12第二節(jié)吸上真空高度HS圖4-3ns=70的單級離心泵發(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：泵吸入口真空計或壓強計

吸水池液面e-e

在介紹汽蝕余量時要用到此關系式立式泵的幾何安裝高度hg

：第一級工作葉輪進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，令稱為吸上真空高度，則上式變?yōu)椋?/p>

當qV=C時，Hg(Hs)HsHsmaxpsminpkpV時，泵內(nèi)開始發(fā)生汽蝕。Hsmax值由制造廠用試驗方法確定。為了保證泵不發(fā)生汽蝕，把Hsmax減去一個安全量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，必須以泵在運行中可能出現(xiàn)的最大流量所對應的[Hs]為準。

（2-4）

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

=20℃

的清水下由試驗得出的。當使用條件變化時，應對樣本的[Hs]值進行修正。

（2-5）大氣壓頭飽和蒸汽壓頭標準條件

【例2-1】在海拔500m某地安裝一臺水泵，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,設吸入管路總損失∑hs=0.878m.求[Hg]應為多少？

【解】由表4-1查得海拔500m力時大氣壓強pa=9.51×104Pa，由附錄查得水溫為t=30℃時的飽和蒸汽壓強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：

又因為：所以，泵的幾何安裝高度應為：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（pV）為初生汽蝕的臨界壓強。當泵內(nèi)剛發(fā)生汽蝕時，必有：稱泵吸入口液流的總能頭高于汽化壓強的的富余能頭為汽蝕余量，以符號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

NPSHa

NPSHr

一、有效汽蝕余量1、定義

位能以中心線為基準，即，z=0

NPSHa=f吸水管路系統(tǒng)結構參數(shù)，流量，而與泵的結構無關，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qVNPSHa。

而且由于應注意的是：Hg值的正、負以吸入池液面為基準，當泵軸高于吸水液面時為正。3、倒灌高度在火力發(fā)電廠中,凝結水泵和給水泵吸入容器液面壓強均為相應溫度下的汽化壓強，則下式即，凝結水泵和給水泵均應采用倒灌高度安裝?？筛膶憺椋篘PSHa=－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(泵吸入室和葉輪進口的結構參數(shù),流速大小),即，NPSHr只與泵的結構有關，而與吸入管路無關，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由泵制造廠通過試驗測出。當qV↑→NPSHr↑。

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

當qV

≥qVC時，因pK≤pV,

水溫tpVNPSHa因此,應規(guī)定出泵運行時的最大允許流量和最小允許流量。

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

1、泵運行中,NPSHa-qV和NPSHr-qV的變化關系如圖所示。由圖可知,qVNPSHa

pK=pV，液體開始汽化。此時，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]的關系

該值可通過泵汽蝕試驗確定。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的基礎上加上一個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設計點A四、NPSH與Hs

的關系

所不同是：使用式（4-18）不需要進行修正，只要把使用地點條件下的參數(shù)值直接代入即可。

在式（4-7）中：Hg，[NPSH]NPSHa，可得到計算泵允許幾何安裝高度的另一表達式：

中。用[Hg]

上式與意義。比較，兩者具有相同的實用

【例2-2】有一單吸單級離心泵，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℃的水相對應的飽和蒸汽壓強為pV=7374Pa，于是由公式可得：計算結果[Hg]為負值,故該泵的葉輪進口中心應在容器液面以下2.65m。

問題的提出：對幾何相似的泵，在相似的運行工況下，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速一、汽蝕相似定律由于NPSHr具有泵入口流動損失的屬性，并正比于流量的平方，則汽蝕相似定律為：

（2-15）

實踐表明：由于尺寸效應以及轉速效應的影響，會引起必需汽蝕余量的換算誤差，資料推薦換算時的轉速差在±25%的范圍內(nèi)為宜。

那么，轉速高低對必需汽蝕余量換算誤差的影響如何呢？當n

時,qV進口處反向流主流p,游離氣體析出，NPSHr的試驗值>換算值，表明：換算值偏于不安全。當n

時，進口處流速增大且分布均勻，液體泵進口低壓區(qū)的時間，汽泡發(fā)生，NPSHr的試驗值<換算值，表明：換算值偏于安全。對同一臺泵，即D1m=D1p，則可將汽蝕相似定律改寫為：（2-16）即：轉速提高，NPSHr將成平方增加。因此，泵的抗汽蝕性能將大大下降，故泵在實際運行中不得超速。

1、問題的提出：必需汽蝕余量只能反映某一臺泵汽蝕性能的好壞，而不能對不同泵進行汽蝕性能的比較，因此需要一個包括設計參數(shù)在內(nèi)的綜合性汽蝕相似特征數(shù)，并稱之為汽蝕比轉速，其構造方法和泵的比轉速的推導過程類似。二、汽蝕比轉速

（2-17）

目前,國內(nèi)習慣使用的有量綱的汽蝕比轉速用符號c表示，其表達式如下：式中，NPSHr、qV

和n的單位分別為：m、m3/s和r/min

。

2、對汽蝕比轉速的幾點說明（1）c值依m(xù)ax值確定。

c值越大，泵抗汽蝕性能越好。

（2）c值是一個綜合性汽蝕相似特征數(shù),同H值無關。若兩臺泵入口通流部分幾何和運行工況相似，則c值相等，表示兩臺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)關系。（4）對于雙吸葉輪，應以其qV/2代入c值的表達式中。（5）汽蝕比轉速的大致范圍如下：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，解決泵汽蝕問題可從如下四個方面入手：

（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）運行中防止汽蝕的措施。多級泵首級葉輪采用雙吸式，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？如國產(chǎn)125MW

和

300MW汽輪發(fā)電機組的給水泵首級葉輪均采用雙吸式。一、降低必需汽蝕余量以提高泵抗汽蝕性能的措施

1．多級泵首級葉輪采用雙吸式

其加壓和強制預旋w0

NPSHr；其軸向流道寬而長，汽泡后，只能沿其外緣運動，因p潰滅，限制汽泡,不致使阻塞整個流道。在安裝誘導輪之后，c值可由8001000

3000

。目前國產(chǎn)火力電廠大型凝結水泵一般都裝有誘導輪。

2．加裝誘導輪在水泵安裝時盡可能地減少吸入管路上的彎頭等附件，并不設閥門等，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度。

1、減少吸入管路的阻力損失

3、設置前置泵

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

；對吸飽和水的給水泵和凝結水泵必須采取Hd。確定Hg或Hd時，應留有較大余量，以防止在非正常工況時產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。

單機容量鍋爐給水泵的T和n泵入口有NPSHa除氧器的Hd安裝困難且不經(jīng)濟。為降低除氧器的安裝高度，國內(nèi)外對大容量的鍋爐給水泵，廣泛采用在其前設置低速前置泵的方法。前置泵轉速低，且具有較好的抗汽蝕性能，給水經(jīng)前置泵升壓后再進入給水泵，相當于提高了吸入池液面的壓強水頭pe/g，提高了泵的NPSHa，改善了給水泵的汽蝕性能。（1）規(guī)定首級葉輪的汽蝕壽命。運行中一般不能因為給水泵或凝結水泵汽蝕而導致停機，為了避免因汽蝕而發(fā)生泵的重大損壞事故，火力發(fā)電廠應規(guī)定首級葉輪的汽蝕壽命，到時予以更換。

（2）泵應在規(guī)