第四章泵的汽蝕

第四章泵的汽蝕第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)汽蝕現(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)汽蝕余量△H第四節(jié)汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)第五節(jié)提高泵抗汽蝕性能的措施第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五一、汽蝕現(xiàn)象及機(jī)理

液體的汽化：是液體在恒壓下加熱，或在恒溫下降低其周圍環(huán)境壓力，從液相向氣相轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。

沸騰：任一液體在恒定壓力下加熱，當(dāng)高于某一溫度時，液體開始汽化，形成氣泡的現(xiàn)象。

空化：由于壓力的變化而導(dǎo)致的液流內(nèi)空泡的產(chǎn)生、發(fā)展和潰滅過程以及由此而產(chǎn)生的一系列物理和化學(xué)變化。

空蝕：是由于空化現(xiàn)象而導(dǎo)致的破壞性的后果，且只發(fā)生在固體邊界上。

汽蝕第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五汽蝕類型一：葉型汽蝕第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五汽蝕類型二：間隙汽蝕第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五汽蝕類型三：渦帶汽蝕第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五空泡潰滅的機(jī)械作用空泡潰滅的熱力學(xué)作用（氧化腐蝕）空泡潰滅的電化學(xué)作用（熱電效應(yīng)，電化腐蝕）壓力波模式微射流模式汽蝕機(jī)理汽蝕機(jī)理是個十分復(fù)雜的問題，有以下幾種觀點(diǎn)：氣泡核聚變

壓力：100~1000MPa頻率：10000/s第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五射流模式第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

空化過程中，空泡急速產(chǎn)生、擴(kuò)張和潰滅，在液體中形成激波或高速微射流。金屬材料受到?jīng)_擊后，表面晶體結(jié)構(gòu)被扭曲，出現(xiàn)化學(xué)不穩(wěn)定性，使鄰近晶粒具有不同的電勢，從而加速電化學(xué)腐蝕過程。

目前比較一致的看法是：空泡的機(jī)械作用是造成汽蝕的主要原因。此外，汽化是一種只在液體介質(zhì)中才會發(fā)生的現(xiàn)象。第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二、汽蝕對泵工作的影響

1過流部件表面破壞

2引起噪音與振動

3泵的能量性能的下降（1）當(dāng)ns<105時，因汽蝕引起的揚(yáng)程曲線具有急劇陡降的形式，稱為斷裂工況。第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五（2）當(dāng)ns=150～350時，斷裂工況比較緩和；（3）當(dāng)ns>425時，在Q-H性能曲線沒有明顯的斷裂點(diǎn)。ns=150雙吸離心泵ns=690軸流泵第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五ns值越小，汽蝕對泵能量性能的影響越明顯。在低比轉(zhuǎn)數(shù)的離心泵中，由于葉片寬度小，流道狹而長，在發(fā)生汽蝕后，大量空泡很快布滿流道，堵塞流道造成斷流，致使揚(yáng)程、效率急劇下降。

安裝高程越高，影響越大。轉(zhuǎn)速越高，影響越大？第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)汽蝕現(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)汽蝕余量△H第四節(jié)汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)第五節(jié)提高泵抗汽蝕性能的措施第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五產(chǎn)生汽蝕的必要條件是：泵內(nèi)局部壓力低于液體的飽和汽化壓力；泵體內(nèi)最低壓力通常發(fā)生在葉輪入口處；影響泵入口壓力的一個重要因素是泵的幾何安裝高度Hg。中小型離心泵的幾何安裝高度臥式立式第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五水泵若安裝在高于水面的地方，那它如何實(shí)現(xiàn)把水從低處抽到高處？如何確定水泵的幾何安裝高度？兩個思考題第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五取吸水池液面為基準(zhǔn)面，列出水面e-e和泵入口s-s斷面的伯努利方程式：可認(rèn)為，上式移項(xiàng)后得第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五吸上真空高度，即最大吸上真空高度（臨界吸上真空高度）允許吸上真空高度允許幾何安裝高度斷裂工況第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

由與之間的關(guān)系，可得如下結(jié)論：（1）允許幾何安裝高度應(yīng)低于允許吸上真空高度。（2）為了提高泵的允許幾何安裝高度，應(yīng)該盡量減小泵入口速度與管道損失。此外，由于泵樣本中的值是在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、水溫為20°C下的數(shù)值，若使用條件與此不同，則應(yīng)按下式換算：第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)汽蝕現(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)汽蝕余量△H第四節(jié)汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)第五節(jié)提高泵抗汽蝕性能的措施第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五另一表示泵汽蝕性能的參數(shù)，汽蝕余量有效汽蝕余量必需汽蝕余量與裝置條件有關(guān)僅與泵本身特性有關(guān)第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五泵段泵裝置泵站第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五進(jìn)水渠進(jìn)水渠前池進(jìn)水池檢修間中控室泵房出水管出水池出水箱涵第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五江都泵站第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五一、有效汽蝕余量是指泵在吸入口處，單位重量液體所具有的超過汽化壓力（飽和蒸汽壓力）的富余能量，一般表示為：

由，上式亦可表示為：第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五由上式可得以下結(jié)論：（1）其他不變，當(dāng)流量增加時，由于流動損失與流量的平方成正比增加，使減小，發(fā)生汽蝕的可能性增加。（2）在非飽和容器中，液體溫度越高，對應(yīng)的汽化壓力越大，越小，越易發(fā)生汽蝕。第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二、必需汽蝕余量

是指液體在泵吸入口的能頭對壓力最低點(diǎn)k處靜壓能頭的富余能頭，用于表述液體從泵吸入口至葉片進(jìn)口邊壓力最低點(diǎn)k處的壓力降。第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

影響泵入口到k點(diǎn)的壓力有以下幾個因素：（1）由于速度大小及方向變化所產(chǎn)生的流動損失;（2）液體繞流葉片翼形，流動方向急劇變化，流速加大，液體壓力降低;（3）吸入管一般為收縮形，過流面積的減小，導(dǎo)致流速加大，壓力下降。

第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

根據(jù)相對運(yùn)動伯努利方程，必需汽蝕余量又可表示為壓降系數(shù)，取0.2～0.3壓降系數(shù)，取1～1.2汽蝕基本方程第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五三、有效汽蝕余量與必需汽蝕余量的關(guān)系1有效汽蝕余量隨流量的增加而下降；2必需汽蝕余量隨流量的增加而上升；3臨界汽蝕余量4泵不發(fā)生汽蝕的條件為5允許汽蝕余量K為安全量，一般取0.3~0.5m第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五四、汽蝕余量與吸上真空高度的關(guān)系吸上真空高度允許吸上真空高度第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五四、汽蝕余量與幾何安裝高度的關(guān)系允許幾何安裝高度第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五倒灌高度Hg第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)汽蝕現(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)汽蝕余量△H第四節(jié)汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)第五節(jié)提高泵抗汽蝕性能的措施第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五一、汽蝕相似定律由前面可知，汽蝕基本方程為若幾何相似的泵，在工況相似、運(yùn)動相似時，壓降系數(shù)及相應(yīng)的速度比值相等，則第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

汽蝕相似定律指出：進(jìn)口幾何尺寸相似的泵，在相似工況運(yùn)行時，原模型泵必需汽蝕余量之比等于原模型葉輪進(jìn)口幾何尺寸的平方比和轉(zhuǎn)速的平方比的乘積。對同一臺泵，由于則有即當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速提高后，必需汽蝕余量成平方增加，泵的抗汽蝕性能大為惡化。第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二、汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)：

汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)是一個表征泵的性能參數(shù)及汽蝕性能參數(shù)在內(nèi)的綜合相似特征數(shù)，用符號c表示。第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五泵的流量相似定律泵的汽蝕相似定律第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

吸入比轉(zhuǎn)數(shù)汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)由上兩式表明：必需汽蝕余量小，汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)大，則泵的汽蝕性能好。此外，也常用無因次汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)與托馬汽蝕系數(shù)等參數(shù)表征泵的汽蝕性能。國外常用國內(nèi)常用第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五汽蝕比轉(zhuǎn)速公式的幾點(diǎn)說明：

（1）用最高效率點(diǎn)的參數(shù)計算；（2）僅要求入口幾何相似，相似工況運(yùn)行（3）公式中的流量是以單吸為準(zhǔn)；（4）汽蝕比轉(zhuǎn)速、吸入比轉(zhuǎn)速、無因次汽蝕比轉(zhuǎn)速三者物理意義相同。第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)汽蝕現(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)汽蝕余量△H第四節(jié)汽蝕相似定律及汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)第五節(jié)提高泵抗汽蝕性能的措施第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五一、提高泵本身的抗汽蝕性能，減小值。（1）降低葉輪入口部分流速

a適當(dāng)增大葉輪入口直徑D0；

b增大葉片入口寬度b1;c以上同時采用；（2）采用雙吸式葉輪；

因此，對于汽蝕比轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速與流量相同的兩臺泵，雙吸式葉輪的必需汽蝕余量是單吸葉輪的63％。幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變須以不影響效率為限。第四十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

（3）增加葉輪前蓋板轉(zhuǎn)彎處的曲率半徑，減小局部阻力損失；（4）適當(dāng)加長葉片進(jìn)口邊；（5）首級葉輪