泵与风机-泵的气蚀4

第四章泵的气蚀章节结构：第一节气蚀现象及其对泵工作的影响第二节吸上真空高度HS第三节气蚀余量（重点内容）第四节气蚀相似定律及气蚀比转速第五节提高泵抗气蚀性能的措施第一节气蚀现象及其对泵工作的影响一、泵内汽蚀现象（水力机械的系统和设备）1、定义：由于气化产生气泡，气泡进入高压区破裂，引发周围液体高频碰撞而导致材料受到破坏的全部过程。4

从热力学可知，水在常压下，当温度达到一定值时开始沸腾——汽化。反过来，在温度一定时，压力越低，就越容易汽化。即汽化时的压力和温度有一一对应的关系。另一方面，从泵的工作原理知，泵是靠在吸入口处产生真空而由大气压力把水池中的水压入泵中的。因此，在泵的吸入口处希望能维持一定的真空度。压力较低时，当达到某一值(对应温度下的饱和压力)后，此处的水就会产生汽化。另外由于压力较低，在常压下溶解在水中的一些其他气体也开始释放出来，从而形成一定数量的气泡。2、形成：机械侵蚀化学腐蚀内向爆炸性冷凝冲击，微细射流→疲劳破坏汽泡溃灭→活性气体→凝结热→腐蚀性破坏汽蚀对泵叶轮的破坏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→点蚀汽泡形成→发展→溃灭→过流壁面破坏的全过程。3、分类：移动汽蚀、固定汽蚀、旋涡汽蚀、振动汽蚀。蜂窝状汽蚀。二、气蚀对泵工作的影响图4-1叶轮内气蚀发生的部位泵内气蚀发生与发展的过程潜伏气蚀（初生气蚀）泵的断裂工况7

1、造成材料破坏，缩短泵的使用寿命：粗糙多孔→显微裂纹→蜂窝状或海绵状侵蚀→呈空洞。

3、性能下降

2、产生噪声和振动：若振动产生汽泡，汽蚀产生振动→互相激励→汽蚀共振。一、气蚀现象及危害低压区→产生气泡→高压区→气泡破裂→产生局部真空→水力冲击→发生振动、噪音，对部件产生麻点、蜂窝状的破坏现象。泵的流量小于设计流量时，压力最低的部位在此。泵的流量大于设计流量时，压力最低的部位在此。一、气蚀现象及危害低压区→产生气泡→高压区→气泡破裂→产生局部真空→水力冲击→发生振动、噪音，部件产生麻点、蜂窝状的破坏现象。一、气蚀现象及危害（1）汽蚀程度较小时，对性能的影响不大(有时，因有气泡，在气泡数适当时，还可减小液固之间的摩擦力，反倒使效率有所提高)，但该情况属于潜伏汽蚀，此时材料同样会遭受冲击，慢慢剥蚀。（2）当气泡数量很多时，因气体的体积远大于水的体积，大部分流道被气泡占据，输送的流体数量明显减少——堵塞，即断裂工况，使性能迅速恶化.（3）从图4-3到图4-5：ns↑―→气蚀越不易发生低比转速大比转速高比转速12第二节吸上真空高度HS图4-3ns=70的单级离心泵发生气蚀的性能曲线列吸水池液面e-e及泵入口断面s-s之间的能量方程式有：泵吸入口真空计或压强计

吸水池液面e-e

在介绍汽蚀余量时要用到此关系式立式泵的几何安装高度hg

：第一级工作叶轮进口边的中心线至吸水池液面的高度差。吸水池液面为大气压patm时，令称为吸上真空高度，则上式变为：

当qV=C时，Hg(Hs)HsHsmaxpsminpkpV时，泵内开始发生汽蚀。Hsmax值由制造厂用试验方法确定。为了保证泵不发生汽蚀，把Hsmax减去一个安全量K,作为允许吸上真空高度而载入泵的产品样本中，并用[Hs]表示，即：[Hs]=Hsmax―0.3（1）[Hs](qV)。确定[Hg]时，必须以泵在运行中可能出现的最大流量所对应的[Hs]为准。

（2-4）

在计算[Hg]中必须注意以下三点：（2）[Hs]值是泵制造厂在pa=10.13×104Pa，t

=20℃

的清水下由试验得出的。当使用条件变化时，应对样本的[Hs]值进行修正。

（2-5）大气压头饱和蒸汽压头标准条件

【例2-1】在海拔500m某地安装一台水泵，其输水量qV=135L/s，输送水温t=30℃，该泵样本上提供的允许吸上真空高度[Hs]=5.5m.吸水管内径d=250mm,设吸入管路总损失∑hs=0.878m.求[Hg]应为多少？

【解】由表4-1查得海拔500m力时大气压强pa=9.51×104Pa，由附录查得水温为t=30℃时的饱和蒸汽压强pV=4246.0Pa。查表得30℃水的密度=995.6㎏/m3。由换算公式得修正后的吸上真空高度为：

又因为：所以，泵的几何安装高度应为：18第三节汽蚀余量NPSH:NetPositiveSuctionHead

泵内流体汽蚀现象理论：液体汽化压强（pV）为初生汽蚀的临界压强。当泵内刚发生汽蚀时，必有：称泵吸入口液流的总能头高于汽化压强的的富余能头为汽蚀余量，以符号NPSH表示。ps>pK=pV

。有效汽蚀余量（装置气蚀余量）：按吸入条件确定必需汽蚀余量（泵的气蚀余量）：按本身的气蚀性能分类

NPSHa

NPSHr

一、有效汽蚀余量1、定义

位能以中心线为基准，即，z=0

NPSHa=f吸水管路系统结构参数，流量，而与泵的结构无关，故又称为装置汽蚀余量；NPSHa越大，表明该泵防汽蚀的性能越好。将泵吸入管路能量方程式：代入上式得：2、影响因素，故当qVNPSHa。

而且由于应注意的是：Hg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。3、倒灌高度在火力发电厂中,凝结水泵和给水泵吸入容器液面压强均为相应温度下的汽化压强，则下式即，凝结水泵和给水泵均应采用倒灌高度安装。可改写为：NPSHa=－Hg－hs>0只有：－Hg=Hd>0，才有可能使NPSHa>0二、必须汽蚀余量

1、定义

利用能量方程可以推得：

（式4-14）23

NPSHr=f(泵吸入室和叶轮进口的结构参数,流速大小),即，NPSHr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。2、影响因素在泵的正常工作范围内，由于NPSHr具有流动损失的属性，某泵NPSHr越小，表明该泵防汽蚀的性能越好。NPSHr由泵制造厂通过试验测出。当qV↑→NPSHr↑。

三、NPSHa与NPSHr的关系即NPSHr≥NPSHa，泵内将产生汽蚀。但流量不能太小：

当qV

≥qVC时，因pK≤pV,

水温tpVNPSHa因此,应规定出泵运行时的最大允许流量和最小允许流量。

定量关系可由式（4-6）减去式（4-14）导出，即冲角hwNPSHrNPSHr-qVNPSHa-qVH-qV汽蚀区非汽蚀区qVHNPSHOqVCC

1、泵运行中,NPSHa-qV和NPSHr-qV的变化关系如图所示。由图可知,qVNPSHa

pK=pV，液体开始汽化。此时，NPSHa就是使泵内发生汽蚀的临界值，即：2、临界汽蚀余量

NPSHc和允许汽蚀余量

[NPSH]的关系

该值可通过泵汽蚀试验确定。也有采用：

[NPSH]=（1.1～1.3）NPSHcNPSHa=NPSHc=NPSHr

为了避免泵内汽蚀的发生，常常在NPSHc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：[NPSH]=NPSHc+0.3mNPSHr-qVNPSHa-qV[NPSH]-qVH-qV汽蚀区非汽蚀区KqVHNPSHOqVCC设计点A四、NPSH与Hs

的关系

所不同是：使用式（4-18）不需要进行修正，只要把使用地点条件下的参数值直接代入即可。

在式（4-7）中：Hg，[NPSH]NPSHa，可得到计算泵允许几何安装高度的另一表达式：

中。用[Hg]

上式与意义。比较，两者具有相同的实用

【例2-2】有一单吸单级离心泵，流量qV=68m3/h，NPSHc=2m，从封闭容器中抽送温度为40℃清水，容器中液面压强为8.829kPa，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？水在40℃时的密度为992㎏/m3。

【解】[NPSH]=NPSHc+0.3=2+0.3=2.3（m）

查附得40℃的水相对应的饱和蒸汽压强为pV=7374Pa，于是由公式可得：计算结果[Hg]为负值,故该泵的叶轮进口中心应在容器液面以下2.65m。

问题的提出：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？第四节汽蚀相似定律及汽蚀比转速一、汽蚀相似定律由于NPSHr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：

（2-15）

实践表明：由于尺寸效应以及转速效应的影响，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±25%的范围内为宜。

那么，转速高低对必需汽蚀余量换算误差的影响如何呢？当n

时,qV进口处反向流主流p,游离气体析出，NPSHr的试验值>换算值，表明：换算值偏于不安全。当n

时，进口处流速增大且分布均匀，液体泵进口低压区的时间，汽泡发生，NPSHr的试验值<换算值，表明：换算值偏于安全。对同一台泵，即D1m=D1p，则可将汽蚀相似定律改写为：（2-16）即：转速提高，NPSHr将成平方增加。因此，泵的抗汽蚀性能将大大下降，故泵在实际运行中不得超速。

1、问题的提出：必需汽蚀余量只能反映某一台泵汽蚀性能的好坏，而不能对不同泵进行汽蚀性能的比较，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，并称之为汽蚀比转速，其构造方法和泵的比转速的推导过程类似。二、汽蚀比转速

（2-17）

目前,国内习惯使用的有量纲的汽蚀比转速用符号c表示，其表达式如下：式中，NPSHr、qV

和n的单位分别为：m、m3/s和r/min

。

2、对汽蚀比转速的几点说明（1）c值依max值确定。

c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,同H值无关。若两台泵入口通流部分几何和运行工况相似，则c值相等，表示两台泵具有相同的抗汽蚀性能。（3）要提高泵的抗汽蚀性能，只需研究泵入口通流部分的几何参数关系。（4）对于双吸叶轮，应以其qV/2代入c值的表达式中。（5）汽蚀比转速的大致范围如下：考虑因素主要考虑效率的泵兼顾汽蚀和效率的泵对汽蚀性能要求高的泵C值范围600～800800～12001200～1600第五节提高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：

（一）降低必需汽蚀余量以提高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（二）提高有效汽蚀余量以防止泵汽蚀的措施（三）运行中防止汽蚀的措施。多级泵首级叶轮采用双吸式，在qV、n和c相同的情况下，其必需汽蚀余量变为单吸叶轮的必需汽蚀余量的0.63

倍？如国产125MW

和

300MW汽轮发电机组的给水泵首级叶轮均采用双吸式。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

其加压和强制预旋w0

NPSHr；其轴向流道宽而长，汽泡后，只能沿其外缘运动，因p溃灭，限制汽泡,不致使阻塞整个流道。在安装诱导轮之后，c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。

2．加装诱导轮在水泵安装时尽可能地减少吸入管路上的弯头等附件，并不设阀门等，合理地加大吸入管道的直径，以减小流速，尽量缩短吸入管道长度。

1、减少吸入管路的阻力损失

3、设置前置泵

二、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Hg

在可能的情况下,Hg

；对吸饱和水的给水泵和凝结水泵必须采取Hd。确定Hg或Hd时，应留有较大余量，以防止在非正常工况时产生汽蚀现象。

单机容量锅炉给水泵的T和n泵入口有NPSHa除氧器的Hd安装困难且不经济。为降低除氧器的安装高度，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。前置泵转速低，且具有较好的抗汽蚀性能，给水经前置泵升压后再进入给水泵，相当于提高了吸入池液面的压强水头pe/g，提高了泵的NPSHa，改善了给水泵的汽蚀性能。（1）规定首级叶轮的汽蚀寿命。运行中一般不能因为给水泵或凝结水泵汽蚀而导致停机，为了避免因汽蚀而发生泵的重大损坏事故，火力发电厂应规定首级叶轮的汽蚀寿命，到时予以更换。

（2）泵应在规