第四章 泵的汽蚀

1、流体机械原理流体机械原理第四章第四章 泵的汽蚀泵的汽蚀一、泵内汽蚀现象一、泵内汽蚀现象汽蚀对泵叶轮的破坏汽蚀对泵叶轮的破坏电厂循环水泵叶轮汽蚀电厂循环水泵叶轮汽蚀工人正使用高分子钛合金涂料做叶轮涂层工人正使用高分子钛合金涂料做叶轮涂层第一节、泵内汽蚀现象及其危害第一节、泵内汽蚀现象及其危害流体机械原理流体机械原理1 1、形、形 成：成：机械侵蚀机械侵蚀化学腐蚀化学腐蚀内向爆炸性冷凝冲击，微细射流内向爆炸性冷凝冲击，微细射流疲劳破坏疲劳破坏汽泡溃灭汽泡溃灭活性气体活性气体凝结热凝结热腐蚀性破坏腐蚀性破坏2 2、什么是：汽泡形成、什么是：汽泡形成发展发展溃灭溃灭过流壁面破坏的全过程。过流壁面破坏的

2、全过程。3 3、分、分 类：移动汽蚀、固定汽蚀、旋涡汽蚀、振动汽蚀。类：移动汽蚀、固定汽蚀、旋涡汽蚀、振动汽蚀。流体机械原理流体机械原理 1、缩短泵的使用寿命：粗糙多孔、缩短泵的使用寿命：粗糙多孔显微裂纹显微裂纹蜂窝状或蜂窝状或海绵状侵蚀海绵状侵蚀呈空洞。呈空洞。二、对泵运行的危害二、对泵运行的危害 2、产生噪声和振、产生噪声和振动：若振动产生汽泡，动：若振动产生汽泡，汽蚀产生振动汽蚀产生振动互相互相激励激励汽蚀共振。汽蚀共振。 3、影响泵的运行性能：断裂工况（汽泡堵塞流道）；潜、影响泵的运行性能：断裂工况（汽泡堵塞流道）；潜伏性汽蚀（易被忽视）。伏性汽蚀（易被忽视）。流体机械原理流体机械原理

3、一、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定一、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定列吸水池液面列吸水池液面e-e及泵入口断面及泵入口断面s-s之之间的能量方程式有：间的能量方程式有：22022essgwgggepvpHhg第二节、泵的吸上真空高度第二节、泵的吸上真空高度202essgwgggeppHvh流体机械原理流体机械原理吸水池液面为大气压吸水池液面为大气压pa 时，令时，令ggsppHas称为吸上真空称为吸上真空高度，则上式变为：高度，则上式变为：22sgswgHHh 当当qV=C时，时，Hg( Hs ) 存在存在 HsmaxpsminpkpV时，泵时，泵内开始发生汽蚀。内开始发生汽蚀。H

4、smax值由制造厂用试验方法确定。值由制造厂用试验方法确定。 为保证泵不发生汽蚀，把为保证泵不发生汽蚀，把Hsmax减去一个安全量减去一个安全量K，作为，作为而载入泵的产品样本中，并用而载入泵的产品样本中，并用Hs表示，即：表示，即：Hs=Hsmax0.322sgswgHHh 流体机械原理流体机械原理 （1）Hs (qV )。确定。确定Hg 时，必须以泵在运行中可能时，必须以泵在运行中可能出现的最大流量所对应的出现的最大流量所对应的Hs 为准。为准。 （2） Hs值是泵制造厂在值是泵制造厂在 pa=1.013105 Pa，t =20 的的清清水水下由试验得出的。当使用条件变化时，应对样本的下由

5、试验得出的。当使用条件变化时，应对样本的Hs 值进值进行修正。行修正。 24. 033.10gssVappHH大气压头大气压头饱和蒸汽压头饱和蒸汽压头 （3）为提高泵的允许几何安装高度，应尽量减少吸入管）为提高泵的允许几何安装高度，应尽量减少吸入管路的速度水头和阻力损失。路的速度水头和阻力损失。流体机械原理流体机械原理 【例例】 在海拔在海拔500m某地安装一台水泵，其输水某地安装一台水泵，其输水qV=135L/s，输送，输送水温水温 t =30，该泵样本上提供的允许吸上真空高度，该泵样本上提供的允许吸上真空高度Hs =5.5m.吸水吸水管内径管内径 d=250mm, 设吸入管路总损失设吸入管

6、路总损失hs=0.878m。求：求：Hg应为多少？应为多少？ 【解解】 由表查得海拔由表查得海拔500m力时大气压强力时大气压强 pa= 9.51104Pa，由附录，由附录查得水温为查得水温为t =30时的饱和蒸汽压强时的饱和蒸汽压强pV =4.2365kPa。查表得。查表得30水的密水的密度度 =995.6/m3。修正后的吸上真空高度为：。修正后的吸上真空高度为： 24. 033.10gss VappHH )m(716. 424. 033.10806. 96 .9955 .42361051. 95 . 54 流体机械原理流体机械原理又因为：又因为：) s/m(752. 225. 014. 3

7、1013544232s dqAqVV )m(385. 0806. 92752. 2g222s 所以，泵的几何安装高度应为：所以，泵的几何安装高度应为：)m(453. 3878. 0385. 0716. 4g2s2ssgghHHH流体机械原理流体机械原理第四节第四节 汽蚀余量汽蚀余量 泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定问题只是影响泵泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定问题只是影响泵工作性能的一个重要因素。那么，工作性能的一个重要因素。那么， 泵内流体汽蚀现象理论：泵内流体汽蚀现象理论：液体汽化压强（液体汽化压强（pV）为初生汽蚀）为初生汽蚀的临界压强的临界压强。当泵内刚发生汽蚀时，必有：当泵内

8、刚发生汽蚀时，必有：ps pK=pV 。流体机械原理流体机械原理一、有效汽蚀余量一、有效汽蚀余量 1、定义、定义2ssasgg2ggVVppphE将泵吸入管路能量方程式：将泵吸入管路能量方程式：2002essgwgggppHh代入上式得：代入上式得： 0eagwgVpphHhha=f ，流量，流量 ， 而与泵的结构无关，而与泵的结构无关，故又称为装置汽蚀余量；故又称为装置汽蚀余量；ha 越大，表明该泵防汽蚀的性能越大，表明该泵防汽蚀的性能越好。越好。2、影响因素、影响因素 2wVhq，故当，故当qV ha 。 而且由于而且由于流体机械原理流体机械原理3、倒灌高度、倒灌高度0eagwgVpphH

9、h 在火力发电厂中在火力发电厂中, 凝结水泵凝结水泵和给水泵吸入容器液面压强均为和给水泵吸入容器液面压强均为相应温度下的汽化压强，则下式相应温度下的汽化压强，则下式可改写为：可改写为：ha=Hghw0（2-9） 即，即，。只有：只有：- -Hg =Hd 0，才有可能使，才有可能使NPSHa0 应注意的是：应注意的是：Hg 值的正、负以吸入池液面为基准，当泵值的正、负以吸入池液面为基准，当泵轴高于吸水液面时为正。轴高于吸水液面时为正。流体机械原理流体机械原理二、必需汽蚀余量二、必需汽蚀余量1、定义、定义 rKsphEg利用能量方程可以推得：利用能量方程可以推得：22012220rg2gVcwhq

10、 hr=f (, 流速大小流速大小),即，即，hr 只与泵的结构有关，而与吸入管路无关，故又称之为泵的只与泵的结构有关，而与吸入管路无关，故又称之为泵的汽蚀余量。汽蚀余量。2、影响因素、影响因素 在泵的正常工作范围内，由于在泵的正常工作范围内，由于hr 具有流动损失的属性，具有流动损失的属性，某泵某泵hr 越小，表明该泵防汽蚀的性能越好。越小，表明该泵防汽蚀的性能越好。hr 由泵制造厂通过试验测出。由泵制造厂通过试验测出。当当qVhr 。流体机械原理流体机械原理三、对汽蚀余量三、对汽蚀余量h的几点说明的几点说明1、泵运行中、泵运行中ha 与与hr 的关系的关系 泵运行中泵运行中, ha-qV

11、和和hr-qV 的变化关系如图所示。的变化关系如图所示。即即arKVpphhg NPSHr-qVNPSHa- -qVH-qVqVHNPSHO流体机械原理流体机械原理汽蚀区非汽蚀区 泵运行中泵运行中, ha-qV 和和hr-qV的变化关系如图所示。即的变化关系如图所示。即arKVpphhg hr-qVha- -qVH-qVqVHhOqVCC三、对汽蚀余量三、对汽蚀余量h的几点说明的几点说明即即hrha，泵内将产生汽蚀。，泵内将产生汽蚀。 当当qV qVC时，因时，因pKpV ,但流量不能太小：但流量不能太小：hwNPSHr运行时的运行时的最大允许流量最大允许流量和和最小允许流量最小允许流量。 因

12、此，应规定出泵因此，应规定出泵tpVNPSHa1、泵运行中、泵运行中ha 与与hr 的关系的关系 流体机械原理流体机械原理2、临界汽蚀余量、临界汽蚀余量hc 和允许汽蚀余量和允许汽蚀余量 h的关系的关系 hr-qVha- -qVh-qVH-qV汽蚀区非汽蚀区KqVHNPSHOqVCC设计点A 由图可知由图可知, qVha pK=pV ，液体开始汽化。此液体开始汽化。此时，时，ha就是使泵内发生汽蚀就是使泵内发生汽蚀的临界值，即：的临界值，即：该值可通过泵汽蚀试验确定。该值可通过泵汽蚀试验确定。 ha=hc=hr也有采用：也有采用： h=（1.11.3）hc 为避免泵内汽蚀，常在为避免泵内汽蚀，

13、常在hc的基础上加上一个安全余量作的基础上加上一个安全余量作为允许汽蚀余量而载入泵的产品样本中，即：为允许汽蚀余量而载入泵的产品样本中，即：流体机械原理流体机械原理3、h与与Hg 的关系的关系 在式在式eagwgVpphHhh ha，可得到计算泵允许几何安装高度的另一表达式：，可得到计算泵允许几何安装高度的另一表达式： 中。用中。用 HgHg,egwhgVppHh s2ssgg2hHH上式与上式与意义。意义。比较，两者具有相同的实用比较，两者具有相同的实用 所不同是：使用所不同是：使用上上，只要把使用地点条，只要把使用地点条件下的参数值直接代入即可。件下的参数值直接代入即可。流体机械原理流体机

14、械原理 【例例】 有一单吸单级离心泵，流量有一单吸单级离心泵，流量qV =68m3/h，hc=2m，从封闭容器，从封闭容器中抽送温度为中抽送温度为 40清水，容器中液面压强为清水，容器中液面压强为 8.829kPa ，吸入管路阻力为，吸入管路阻力为0.5m， 试求该泵的允许几何安装高度是多少？试求该泵的允许几何安装高度是多少？ 已知水在已知水在40时的密度为时的密度为992/m3。 【解解】 h= hc+0.3=2+0.3=2.3 （m） 查附录查附录得得 40的水相对应的饱和蒸汽压强为的水相对应的饱和蒸汽压强为pV = 7374Pa，于是由式，于是由式可得：可得： 882973742.30.

15、52.65992 9.806egwhmgVppHh （） 计算结果计算结果Hg为负值为负值, 故该泵的叶轮进口中心应在容器液面以下故该泵的叶轮进口中心应在容器液面以下2.65m。流体机械原理流体机械原理第四节第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转速汽蚀相似定律及汽蚀比转速一、汽蚀相似定律一、汽蚀相似定律 对几何相似的泵，在相似的运行工况下，其对几何相似的泵，在相似的运行工况下，其必需汽蚀余量如何换算？必需汽蚀余量如何换算？ 由于由于hr具有泵入口流动损失的属性，并正比于流量的平具有泵入口流动损失的属性，并正比于流量的平方，则汽蚀相似定律为：方，则汽蚀相似定律为： 11()()2rmm2rpphnDhn

16、D 实践表明：由于实践表明：由于尺寸效应尺寸效应以及以及转速效应转速效应的影响，会引起必的影响，会引起必需汽蚀余量的换算误差，资料推荐换算时的转速差在需汽蚀余量的换算误差，资料推荐换算时的转速差在25%的的范围内为宜。范围内为宜。流体机械原理流体机械原理 1 、当当n 时时, qV进口处反向流进口处反向流主流主流p ，游离气体析，游离气体析出出 ，hr 的的。 2 、当当n 时，进口处流速增大且分布均匀，液体时，进口处流速增大且分布均匀，液体泵进泵进口低压区的时间口低压区的时间 ，汽泡发生，汽泡发生 ，h对同一台泵，即对同一台泵，即D1m=D1p，则可将汽蚀相似定律改写为：则可将汽蚀相似定律改

17、写为：2rmm2rpphnhn（2-16）即：转速提高，即：转速提高， NPSHr将成平方增加。因此，泵的抗汽蚀性能将成平方增加。因此，泵的抗汽蚀性能将大大下降，故将大大下降，故。流体机械原理流体机械原理二、汽蚀比转速二、汽蚀比转速 1、必需汽蚀余量必需汽蚀余量只能反映只能反映某一台某一台泵泵汽蚀性汽蚀性能能的的好坏好坏，而而不能对不同泵进行汽蚀性能的比较不能对不同泵进行汽蚀性能的比较，因此需要一，因此需要一个包括设计参数在内的综合性汽蚀相似特征数，并称之为汽蚀个包括设计参数在内的综合性汽蚀相似特征数，并称之为汽蚀比转速，其构造方法和泵的比转速的推导过程类似。比转速，其构造方法和泵的比转速的推

18、导过程类似。 目前目前, 国内习惯使用的有量纲的汽蚀比转速用符号国内习惯使用的有量纲的汽蚀比转速用符号c表示，表示，其表达式如下：其表达式如下： 5.623/4rVn qch式中，式中，hr、qV 和和 n 的单位分别为：的单位分别为：m、m3/s 和和 r/min 。流体机械原理流体机械原理 （1） c 值依值依 max值确定。值确定。 c 值越大，泵抗汽蚀性能越好值越大，泵抗汽蚀性能越好。 （2）c值是一个综合性汽蚀相似特征数值是一个综合性汽蚀相似特征数, 同同H 值无关。若值无关。若两台泵两台泵入口通流部分几何和运行工况相似入口通流部分几何和运行工况相似，则，则c值相等，表示值相等，表示

19、两台泵具有相同的抗汽蚀性能。两台泵具有相同的抗汽蚀性能。 （3）要提高泵的抗汽蚀性能，）要提高泵的抗汽蚀性能，只需研究泵入口通流部分只需研究泵入口通流部分的几何参数关系。的几何参数关系。 （4）对于双吸叶轮，）对于双吸叶轮， 应以其应以其qV /2 代入代入c值的表达式中。值的表达式中。 （5）汽蚀比转速的大致范围如下：）汽蚀比转速的大致范围如下： 考虑因素考虑因素主要考虑效率的泵主要考虑效率的泵兼顾汽蚀和效率的泵兼顾汽蚀和效率的泵对汽蚀性能要求高的泵对汽蚀性能要求高的泵C C值范围值范围600800800120012001600流体机械原理流体机械原理第五节第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施提高

20、泵抗汽蚀性能的措施 泵在运行中汽蚀与否，是由泵本身的汽蚀性能和吸入装置泵在运行中汽蚀与否，是由泵本身的汽蚀性能和吸入装置的特性共同决定的。因此，解决泵汽蚀问题可从如下四个方面的特性共同决定的。因此，解决泵汽蚀问题可从如下四个方面入手：入手： 一、降低必需汽蚀余量以一、降低必需汽蚀余量以提高提高泵抗汽蚀性能的措施泵抗汽蚀性能的措施 四、首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料四、首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料 二、提高有效汽蚀余量以二、提高有效汽蚀余量以防止防止泵汽蚀的措施泵汽蚀的措施 三、运行中三、运行中防止防止汽蚀的措施汽蚀的措施 。 流体机械原理流体机械原理 一、降低必需汽蚀余量以提高泵抗汽蚀性能的

21、措施一、降低必需汽蚀余量以提高泵抗汽蚀性能的措施 1多级泵首级叶轮采用双吸式多级泵首级叶轮采用双吸式 多级泵首级叶轮采用双吸式，在多级泵首级叶轮采用双吸式，在qV、n和和c相相同的情况下，其必需汽蚀余量变为单吸叶轮的必同的情况下，其必需汽蚀余量变为单吸叶轮的必需汽蚀余量的需汽蚀余量的0.63 倍倍如国产如国产125MW 和和 300MW汽轮发电机组的给水泵首级叶轮均采用双吸式。汽轮发电机组的给水泵首级叶轮均采用双吸式。 2加装诱导轮加装诱导轮 其加压和强制预旋其加压和强制预旋w0 hr；其轴向流道宽而长，汽；其轴向流道宽而长，汽泡泡后，后，只能沿其外缘运动，因只能沿其外缘运动，因 p 溃灭，溃

22、灭， 限制汽泡限制汽泡, 不致不致使阻塞整个流道。在安装诱导轮之后，使阻塞整个流道。在安装诱导轮之后，c 值可由值可由8001000 3000 。目前国产火力电厂大型凝结水泵一般都装有诱导轮。目前国产火力电厂大型凝结水泵一般都装有诱导轮。 流体机械原理流体机械原理 尽可能地减少吸入管路的附件，合理地加大吸入管道的尽可能地减少吸入管路的附件，合理地加大吸入管道的d，尽量缩短吸入管道尽量缩短吸入管道L。 1、减少吸入管路的阻力损失、减少吸入管路的阻力损失 3、设置前置泵、设置前置泵 二二 、提高有效汽蚀余量以防止泵汽蚀的措施、提高有效汽蚀余量以防止泵汽蚀的措施 2、合理的选择泵的几何安装高度、合理

23、的选择泵的几何安装高度Hg 单机容量单机容量锅炉给水泵的锅炉给水泵的t 和和n泵入口泵入口ha除氧器的除氧器的Hd, 安装困难且不经济。为此，国内外对大容量的锅炉给水安装困难且不经济。为此，国内外对大容量的锅炉给水泵，广泛采用在其前设置低速前置泵的方法。泵，广泛采用在其前设置低速前置泵的方法。 给水经前置泵升给水经前置泵升压，相当于压，相当于pe /gha。流体机械原理流体机械原理 （1）规定首级叶轮的汽蚀寿命。规定首级叶轮的汽蚀寿命。为了避免因汽蚀而发生泵为了避免因汽蚀而发生泵的重大损坏事故，的重大损坏事故， 火力发电厂应规定首级叶轮的汽蚀寿命，到火力发电厂应规定首级叶轮的汽蚀寿命，到时予以更换。时予以更换。 （2）泵应在规定转速下运行，不得超速。泵应在规定转速下运行，不得超速。因为当因为当n泵的泵的hr ，则泵的抗汽蚀性能将显著降低。则泵的抗汽蚀性能将显著降低。 （3）不允许用泵的吸入系统上的阀门调节流量。不允许用泵的吸入系统上的阀门调节流量。否则，将否则，将导致吸入管路的导致吸入管路的hwha 。三、运行中防止汽蚀的措施三、运行中防止汽蚀的