第2章 泵汽蚀等

1、第第2 2章章 泵的汽蚀泵的汽蚀第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响汽蚀现象及其对泵工作的影响第二节 吸上真空高度吸上真空高度第三节 汽蚀余量汽蚀余量第四节 提高泵抗汽蚀性能的措施提高泵抗汽蚀性能的措施第一节汽蚀现象及其对泵工作的影响汽蚀现象及其对泵工作的影响 汽蚀现象：汽蚀现象：泵内反复出现液体的汽化与凝聚过程而引起对流道金属表面的机械剥蚀与氧化腐蚀的破坏现象称为汽蚀现象，简称汽蚀。 对泵工作的危害对泵工作的危害 对比转数不同的泵性能的影响泵内汽蚀对泵工作的危害 (1)材料的破坏汽蚀发生时，由于机械剥蚀与化学腐蚀的共同作用，致使材料受到破 坏，右图所示为一个受汽蚀破坏的离心泵叶轮示例。 (2)

2、噪声和振动加剧 汽泡破裂和高速冲击会引起严重的噪声。 (3)性能下降 汽蚀发展严重时，大量汽泡的存在会堵塞流道的截面，减少流体从叶轮获得的能量，导致扬程下降，效率也相应降低。这时，泵的外部性能有明显的变化。 对比转数不同的泵性能下降的影响 ns=70的离心式泵，几何安装高度增加时，断裂工况偏向流量小的方向，泵的使用范围变窄。 ns=150 双吸离心泵 ns=690的轴流式泵 原因分析对比转数不同的泵性能下降的影响 ns=150的双吸离心泵其断裂工况比较缓和，没有明显的断裂点，其扬程和效率曲线是逐渐下降的。 ns=690的轴流式泵汽蚀后的性能曲线图上几乎看不出汽蚀发生时的断裂工况点。对比转数不同

3、的泵性能下降的影响原因分析： 在低比转数的离心泵中，由于叶片宽度小，流道窄且长，在发生汽蚀后，大量汽泡很快就布满流道，影响流体的正常流动，造成断流，致使扬程、效率急剧下降。 在比转数大的离心泵中，叶片宽度大，流道宽且短，因此汽泡发生后，并不立即布满流道，因而对性能曲线上断裂工况点的影响就比较缓和。 在高比转数的轴流泵中，由于叶片数少，具有相当宽的流道，汽泡发生后，不可能布满流道，从而不会造成断流，所以在性能曲线上，当流量增加时，就不会出现断裂工况点。 第二节第二节 吸上真空高度吸上真空高度Hs 1、几何安装高度 取吸水池液面为基准面，列出水面ee和泵入门ss断面的伯诺利方程式： 当液面压力就是

4、大气压力时，pe=pamb,则有 泵的几何安装高度Hg与液面压力、入口压力、入口平均速度以及吸入管路中的流动损失有关。几何安装高度总是小于10m的。吸上真空高度Hs 在发生断裂工况时的Hs，称为最大吸上真空高度或临界吸上真空高度，用符号Hsmax表示。最大吸上真空高度Hsmax是由试验确定的。 为保证泵不发生汽蚀，允许吸上真空高度通常取为gPgPHSambS吸上真空高度Hg与 Hs之间的关系Hg与 Hs之间的关系 用允许吸上真空高度用允许吸上真空高度Hs计算允许几何安装高度计算允许几何安装高度Hg： (1) 一般情况下，Hg随流量的增加而降低，所以应按样本中最大流量所对应的Hs来计算。 (2)

5、为了提高泵允许的几何安装高度，应该尽量减小速度水头和吸入管路的流动损失。为了减小速度水头，在同一流量下，可以选用直径稍大的吸入管路；吸入管段应尽可能的短，并尽量减少如弯头等增加局部损失的管路附件。 允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hs的换算的换算wsSghgvHH22允许吸上真空高度允许吸上真空高度Hs的换算的换算 泵制造厂只能给出Hs值，而不能直接给出Hg值，因为每台泵由于使用地区不同、水温不同，吸入管路的布置情况也各异。因此，只能由用户根据具体条件进行计算确定Hg。 安装地点的海拔越高，大气压力就越低，允许吸上真空高度就越小。输送水的温度越高时，所对应的汽化压力就越高，水就越容易汽化。这时

6、，泵的允许吸上真空高度也就越小。 第三节第三节 汽蚀余量汽蚀余量 有效汽蚀余量ha 必需汽蚀余量hr 有效汽蚀余量和必需汽蚀余量的关系 汽蚀余量h与吸上真空高度Hs的关系 汽蚀余量h与安装高度Hg的关系有效汽蚀余量NPSHa 有效汽蚀余量NPSHa指泵在吸入口处，单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。 即液体所具有的避免泵发生汽化的能量。 有效汽蚀余量NPSHa，由吸入系统的装置条件确定，与泵本身无关。g2ggg2sssaVVpppENPSH必需汽蚀余量NPSHr 必需汽蚀余量NPSHr是由泵本身的汽蚀性能所确定的。是指液体从泵吸人口至压力最低k点的压力降。 泵吸入口处的压力并非泵内液体

7、的最低压力。而最低压力点通常在叶片进口边稍后的k点，因为液体从泵吸入口(一般指泵进口法兰ss截面处)至叶轮进口有能量损失，因而致使压力继续降低到k点。g2gg2ssrKKsppgpENPSH影响压力降有以下原因 (1)吸入口ss截面至kk截面间有流动损失，致使液体压力下降。 (2)从ss至kk截面时，由于液体转弯等引起绝对速度分布不均匀，导致流体压力下降。 (3)吸入管一般为收缩形，因速度改变而导致压力下降。 (4)流体进入叶轮流道时，以相对速度绕流叶片进口边，从而引起相对速度的分布不均匀，致使压力下降。有效汽蚀余量NPSHa和必需汽蚀余量NPSHr的关系 有效汽蚀余量NPSHa是吸入系统所提

8、供的，在泵吸入口大于饱和蒸汽压力的富余能量。NPSHa越大，表示泵抗汽蚀性能越好。 必需汽蚀余量NPSHr是液体从泵吸入口至k点的压力降，NPSHr越小，则表示泵抗汽蚀性能越好 泵不发生汽蚀的条件为NPSHa NPSHr。例：20sh-13型离心泵，吸水管直径d1=500mm，样本上给出的允许吸上真空高度Hs=4m，吸水管的长度L1=6m，局部阻力的当量长度Le=4m，沿程阻力系数=0.025。试问当泵在流量qv=2000m3/h、安装高度H=3m时能否正常工作？设水温为30C，使用水泵处的海拔高度为600m。第四节第四节 提高泵抗汽蚀性能的措施提高泵抗汽蚀性能的措施 泵是否发生汽蚀，是由泵本

9、身的汽蚀性能和吸入系统的装置条件来确定的。 提高泵本身的抗汽蚀性能，尽可能减小必需汽蚀余量NPSHr，以及合理的确定吸入系统装置，以提高有效汽蚀余量NPSHa。 提高泵本身的抗汽蚀性能措施 提高吸入系统装置的有效汽蚀余量提高吸入系统装置的有效汽蚀余量提高泵本身的抗汽蚀性能 (1) 降低叶轮入口部分流速降低叶轮入口部分流速， 改进入口几何尺寸，一般采用两种方法： （a）适当增大叶轮入口直径D0； （b）增大叶片入口边宽度b1。（2）采用双吸式叶轮采用双吸式叶轮 ，双吸式叶轮的必需汽蚀余量是单吸式叶轮的63。（3）增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径， 可以减小局部阻力损失

10、。（4）叶片进口边适当加长叶片进口边适当加长， 即向吸入方向延伸，并作成扭曲形。（5）首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料 ，如采用镍铬的不锈钢、铝青铜、磷青铜等。 二、提高吸入系统装置的有效汽蚀余量二、提高吸入系统装置的有效汽蚀余量 (1)减小吸入管路的流动减小吸入管路的流动损失损失 (2)合理确定两个高度合理确定两个高度 几何安装高度及倒灌高度。 (3)采用诱导轮采用诱导轮 (4)采用双重翼叶轮采用双重翼叶轮 (5)采用超汽蚀泵采用超汽蚀泵 (6)设置前置泵设置前置泵（3）采用诱导轮 诱导轮是与主叶轮同轴安装的一个类似轴流式的叶轮，其叶片是螺旋形的，叶片安装角小，一般取1012，叶片数较少，仅23片，而且轮毂直径较小，因此流道宽而长。 主叶轮前装诱导轮，使液体通过诱导轮升压后流入主叶轮(多级泵为首级叶轮)，因而提高了主叶轮的有效汽蚀余量，改善了泵的汽蚀性能。 目前国内的凝结水泵一般都装有诱导轮。(4)采用双重翼叶轮 双重翼叶轮由前置叶轮和后置离心叶轮组成，如左图所示，前置叶轮有23个叶片，呈斜流形。 与诱导轮相比，其主要优点是轴向尺寸小，结构简单，且不存在诱导轮与主叶轮配合不好，而导致效率下