第四章 泵的汽蚀

1、第四章第四章 泵的汽蚀泵的汽蚀高明山东大学p水的物理特性：水和汽可以互相转化，而温度和压力则是造成它们转化的条件。p1个标准大气压下的水，温度上升到100时，就开始汽化。但在高海拔地区呢？p如果水温保持不变，压力降低到某一数值时，水同样也会发生汽化（pv）。p举例：水温为20时，其相应的汽化压力为2.4kpa。n泵内的水在流动过程中，某一局部地区的压力等于或低于水温所对应的汽化压力时，水就会在该处发生汽化。n由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，因此，在冲击力的作用下又分成更小的汽泡，再被高压水压缩、凝结。如此形成多次反复。 n如果气泡的破裂发生在流道附近，就会在流道表面形成某种强

2、度的高频冲蚀。冲蚀形成的水击压力可高达几百甚至上千Mpa，冲击频率每秒几万次。n流道材料表面在水击压力的反复作用下，形成疲劳而遭到破坏。从开始的点蚀到严重的蜂窝状空洞，最后甚至把材料壁面蚀穿。通常把这种破坏现象称为剥蚀通常把这种破坏现象称为剥蚀。n由液体中逸出的氧气等活性气体，借助汽泡凝结时放出的热量，也会对金属起化学腐蚀（电化学腐蚀）作用。n这种汽泡的形成、发展和破裂以致材料受到破坏的全这种汽泡的形成、发展和破裂以致材料受到破坏的全部过程，称为汽蚀。部过程，称为汽蚀。汽蚀发生时，会出现噪声和振动。汽泡破裂和高速冲击会引起严重的噪声。由于其他来源的噪声已相当高，一般情况下，往往感觉不到汽蚀所产

3、生的噪声。汽蚀过程本身是一种反复凝结、冲击的过程，伴随很大的脉动力。如果这些脉动力的某一频率与设备的自然频率相等，就会引起强烈的振动。 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（下图）。 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。n泵的性能曲线有明显的变化。这种变化，对于不同比转数的泵情况不同。ns=70（1 1）安装高度对汽蚀的影响）安装高度对汽蚀的影响n当几何安装高度为6m时，出水管阀门的开度只能开到曲线上黑点所对应的流量。如果继续开大阀门，流量进一步有所增加时，扬程曲线则急剧下降，这表明汽蚀已经达到使水泵

4、不能工作的严重程度。这一工况，称为断裂工况。n当把几何安装高度从6m增加到7m时，断裂工况就向流量小的方向偏移，qvH曲线上可以使用的运行范围就变窄；几何安装高度提高到8m时，断裂工况偏向更小的流量，泵的使用范围就更窄。 ns=690ns=70比转数的影响比转数的影响ns=150H H H qvqvqvqVHqVHqVHqV qV qV a 离心泵离心泵 b 混流泵混流泵 c 轴流泵轴流泵 不同比转数泵受汽蚀影响性能曲线下降的形式不同比转数泵受汽蚀影响性能曲线下降的形式（2 2）比转数对汽蚀的影响）比转数对汽蚀的影响n当nsqvc时， hrha，有效汽蚀余量所提供的超过汽化压力的富余能量不足以

5、克服泵入口部分的压力降，此时，pkpv，泵内发生汽蚀。qvc右边为汽蚀区，左边为安全区。n泵不发生汽蚀的条件：hrpv(1) 允许汽蚀余量允许汽蚀余量 h h h ha a = = h hr r = = h hc c h hc c为临界汽蚀余量，由汽蚀试验求得，为保证泵不发生汽蚀，为临界汽蚀余量，由汽蚀试验求得，为保证泵不发生汽蚀，h hc c 加一安全量，得允许汽蚀余量加一安全量，得允许汽蚀余量 h h ，通常取通常取 h h 为为： h h = = （1.1 1.1 1.3) 1.3) h hc c或或 h h = = h hc c + 0.30.5m+ 0.30.5m (2) 汽蚀余量汽

6、蚀余量 h h 和吸上真空高度和吸上真空高度HHs s 的关系的关系gpgvgphvssa22a b mssppHgg22abmvssappvHhggg因此：因此：发生汽蚀的临界状态为：发生汽蚀的临界状态为：h ha a = = h hr r = = h hc c此时对应的吸上真空高度为此时对应的吸上真空高度为Hsmax2max2abmvsscppvHhggg 均考虑安全量均考虑安全量K：22abmvssppvHhggg (3) (3)几何安装高度的确定几何安装高度的确定-h-h法法求出允许安装高度：求出允许安装高度：evagwpphHhggevgwppHhhgg 由有效汽蚀余量：由有效汽蚀余

7、量：或者写成：或者写成：0gvwHHHhh 22abmvssppvHhggg 倒灌高度的确定倒灌高度的确定evgwppHhhgg 当时(泵吸入饱和水)， 允许安装高度为负值，此时泵必需安装在水面以下，允许安装高度为负值，此时泵必需安装在水面以下，即采用倒灌。即采用倒灌。事实上，很多情况下事实上，很多情况下(吸水水面的压力低或水温高等吸水水面的压力低或水温高等)，计算出的计算出的Hg0，均需要倒灌。均需要倒灌。特别注意：锅炉给水泵以及其前置泵、启动给水泵、特别注意：锅炉给水泵以及其前置泵、启动给水泵、凝结水泵、疏水泵等，输送的都是饱和水，需合理确凝结水泵、疏水泵等，输送的都是饱和水，需合理确定倒

8、灌高度。定倒灌高度。例：有一单级单吸离心泵，安装在海拔高度500m的地方，吸入管路系统的有关参数为：内径d150mm，全长L8m，管路沿程损失系数0.03，管路各局部损失系数之和=17.5。该泵额定流量为qv=64m3/h，样本中给定的允许吸上真空高度为Hs=7m,利用该泵从大气压力下抽送温度为40的清水。试求：该泵的允许几何安装高度是多少？若给出h=3m，则该泵的允许几何安装高度又是多少？（水在40时的饱和蒸汽压力Hv=0.752mH2O,海拔500处的大气压为9.7mH2O）2244 641.01/3.14 0.153600vsqvm sd221.010.0522 9.8svmg280.0

9、317.50.050.9550.152swvlhdgm 10.330.2479.7 10.330.240.7525.858ssambvHHHHm25.858 0.05 0.9554.8532sgswvHHhmg解：解： 泵入口速度：泵入口速度：动压头：动压头：阻力损失：阻力损失：允许吸上真空高度修正：允许吸上真空高度修正：允许安装高度：允许安装高度：09.70.75230.9554.993gvwHHHhhm n例2：锅炉给水泵前置泵工作条件如下：除氧器工作压力1.066MPa(g), 进水温度172.3（饱和），转速1450r/min，最大流量qv=690m3/h；吸入管路的有关参数为：内径d

10、350mm，全长L8m，管路沿程阻力系数0.05，各局部阻力系数之和10.5，求除氧器安装高度。n解：从图上查得最大流量qv=690m3/h下必需汽蚀余量hr3.9m，取K0.3m，取管路长度8mrhh +K=3.9+0.3=4.2m 2244 6901.992/3.14 0.353600vsqvm sd2281.9920.0510.52.3620.352 9.81swvlhmdg泵入口速度：泵入口速度：阻力损失：阻力损失：04.2 2.36-6.56gvwHHHhhm 允许汽蚀余量：允许汽蚀余量：允许安装高度：允许安装高度：由于前置泵从除氧器吸入饱和水，由于前置泵从除氧器吸入饱和水，H0Hv

11、 从除氧器水面到前置泵中心倒灌高度最小6.56m。考虑负荷变化速度等因素，除氧器安装高度应更高。22seabmgswvppHHhgg22sgswvHHhg22sgswvHHhgevgwppHhhgg 0gvwHHHhh gwHhh 液面压力液面压力=大气压力大气压力修正修正 允许吸上真空高度允许吸上真空高度对饱和水而言对饱和水而言 n汽蚀相似定律汽蚀相似定律 22001222rvwhgg 原型和模型泵进口部分几何相似，工况相似时，则压降系数相等，即：1p=1m，2p=2m，且1p=2p, 1m=2m由运动相似条件得汽蚀相似定律：222200112220011()()rppppprmmmmmhv

12、wuD nhvwuD n进口几何尺寸相似的泵，在相似工况下运行，汽蚀余量之比等于叶轮进口几何尺寸的平方比和转速的平方比的乘积。n对同一台泵而言，由于尺寸相同，当转速变化时，汽蚀余量随转速的平方成正比关系变化，即。211rppprmmmhD nhD n n包括泵的性能参数及汽蚀性能参数在内的综合相似特征数，反应汽蚀相似的性能，这个相似特征数称为，用符号c表示345.62vrn qch34260vsrn qKg h34vrn qshn必需汽蚀余量hr小，汽蚀比转数c大，表示泵的汽蚀性能好。反之，则差。n汽蚀比转数的大小，可以反映泵抗汽蚀性能的好坏。但是，提高c值往往使泵的效率有所下降。n目前汽蚀比

13、转数的大致范围如下：345.62vrn qchn（l）汽蚀比转数和比转数一样，用最高效率点的n，qv，hr值计算。因此一般指最高效率点的汽蚀比转数。n（2）凡入口几何相似的泵，在相似工况下运行时，汽蚀比转数必然相等。与比转数ns不同的是，只要求进口部分几何形状和流动相似。即使出口部分不相似，在相似工况下运行时，其汽蚀比转数仍相等。n（3）汽蚀比转数公式中流量是以单吸为标准，对双吸叶轮流量应以 qv/2代入。n（4）汽蚀比转数c、吸入比转数S和无因次汽蚀比转数Ks三者的性质并无差别，物理意义相同。对于有因次汽蚀比转数C，由于各国使用单位不同需进行换算。n（5）比转数强调叶轮出口满足相似，比转数相

14、等，泵不一定相似n 汽蚀比转数强调叶轮进口满足相似，汽蚀比转数相等，泵不一定相似n比转数和汽蚀比转数都相等，则泵是相似的。n例：某锅炉给水泵型号为DG500-240,双吸进口,从除氧器吸入温度为154的饱和水,水泵倒灌高度为25m,设吸入管路阻力损失3m,该泵汽蚀比转数C=950,转速为6000r/min,问:该泵安装高度是否合适?解：解：345.62vrn qch则：则：允许汽蚀余量：345.625.62 6000500/2/3600hr=9.354mc950hr=19.7mvn qh=hr+k=19.7+0.3=20m020 323gvwHHHhhm 允许安装高度：由于水泵倒灌高度为25m

15、，大于要求的23m，所以安装高度合适n提高泵本身得抗汽蚀性能，降低必需汽蚀余量n合理确定吸入装置，提高有效汽蚀余量n加强运行管理，使有效汽蚀余量大于必需汽蚀余量（1）降低叶轮入口部分流速（2）采用双吸式叶轮（3）增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径（4）叶片进口边适当加长，及将叶片进口边向吸入方向延伸，并作成扭曲形（5）首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料（6）选择适当的叶片数和冲角（1）减少吸入管路流动损失 加大吸入管直径，减少管路附件（弯头、阀门等），使吸入管长最短。（2）合理确定几何安装高度，必要时采取倒灌evagwpphHhgg主叶轮前装诱导轮，使液体通过诱导轮升压后流入主叶轮，提高主叶轮的有效汽

16、蚀余量，改善了泵的汽蚀性能。诱导轮是一个类似轴流式的叶轮，螺旋形叶片，叶片安装角小，取l0120，叶片数仅23片，轮毂直径较小，因此流道宽而长，本身具有良好的抗汽蚀性能。装设诱导轮之后，c值可达3000以上。轴向尺寸增加，诱导轮与主叶轮配合不好，效率会下降。目前国内的凝结水泵一般都装有诱导轮。 n采用双重翼叶轮双重冀叶轮由前置叶轮和后置离心叶轮组成，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，而导致效率下降的问题。双重冀离心泵不会降低泵的性能，却使泵的抗汽蚀性能大为改善。 n设置前置泵设置前置泵随着单机容量的提高，锅炉给水泵的水温和转速也随之增加，则要求泵入口有更大的有效汽蚀余量。为此，除氧器的倒灌高度随之增加。而除氧器装置高度过高