泵与风机-4泵的汽蚀

第四章

泵

的

汽蚀第一节概述第四章

泵的汽蚀在前面的课程中，曾不止一次的提到汽蚀问题，如提高转速时会发生汽蚀，安装高度、叶轮参数对性能的影响等问题时，都涉及到汽蚀问题。那么到底什么是汽蚀呢？汽蚀又有什么危害？转速和安装高度等又是如何影响汽蚀的呢，又应如何防止汽蚀的发生呢？这些问题都是本部分的主要内容。该部分可能较难，因涉及的新概念、新公式较多，且有一个0.3的问题。第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀1.

汽蚀的产生从热力学可知，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。也就是说，汽化时的压力和温度有一一对应的关系——饱和。书上第99页有一表4-2列出了这一一一对应关系，从表中可知，当温度为100℃时，水的饱和压力为10.31mH2O(101322Pa)，而温度为20

℃时饱和压力仅有0.24mH2O

(2334Pa)，即在20℃(常温)时，当水的压力降低到此值时，水就会汽化(沸腾、饱和、开锅)。溴化锂吸收式制冷机的工作原理。第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀1.

汽蚀的产生另一方面，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。是不是压力越低越好呢？不是，我们希望的是在能购正常工作的前提下，泵吸入口处的压力越高越好。因为，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。有气泡也可能没有什么了不起的…………？第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀1.

汽蚀的产生但是，泵的目的是提高水的压力。吸入口处的压力降低只是暂时的，随着流体在流道中的流动，压力会越来越高。到达K2点后，流体中的压力已

高于水的饱和压力。再向上升，pst>pv,亦即这些

气泡会凝结。我们知道，水蒸汽的体积远大于水的体积，20℃时水的比容是0.001,而水蒸汽的比容是57.83,即蒸汽的体积是水的5万倍。(5℃时为15.7万倍)1.

汽蚀的产生因此，凝结→水蒸汽的凝结就全等于体积的快速缩小→在瞬时造成局部真空→四周的水就以高速向真空地带集结。这一过程进行的非常短暂，大约只有0.003～0.005秒。而水的集结速度也非常之高，达130m/s以上。所以会产生较大的冲击力。如果这个气泡是在壁面上，也就是在叶轮的某处破裂时，这些冲击力都朝着金属表面释放，在这么高的速度，这么大的冲击力作用下，再好的金属也承受不起，就会对材料造成破坏。第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀1.

汽蚀的产生这就是汽蚀产生的过程：压力降低→低于饱和压力时液体汽化→形成气泡→压力升高→高于饱和压力时气泡凝结→形成真空→四周的水以高速高冲击力向

真空地带集结→对壁面造成冲击→久而久之，汽蚀。第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀2.

汽蚀的危害1)

对叶轮造成破坏第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀2.

汽蚀的危害2)

使泵的性能下降：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，应特别注意。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。这种工况叫断裂工况，使性能迅速恶化，图4-3～4-5。比转速较小时，因流道细长，较窄，更容易堵塞，即更容易断裂。比转速较大时，正好相反。

第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀2.

汽蚀的危害3)

产生噪音和振动水壶开以前响的原因。泵内，由于高速、高压、气泡多且破裂时，噪音可想而知。又，冲击会引起振动，有时还会产生共振，引起破坏。但这些情况可告诉我们泵内已发生了汽蚀，提醒我们采取措施。因此，由于有如此之多的危害，必须防止，否则不但造成破坏，而且可能无法工作。要防止汽蚀的产生，就要知道汽蚀产生的机理及影响因素，这些是我们以下要讨论的重点。第一节

汽蚀现象及其对泵工作的影响

第四章

泵的汽蚀第二节汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念1.

泵的汽蚀余量(必需汽蚀余量)hr或NPSHr在实际运行过程中发现，某一台泵在运行发生汽蚀，但换上另一台泵之后，汽蚀现象就消失了；第二节

汽蚀余量另外用同一台泵时，当吸入装置发生变化时，也可能从汽蚀变成不汽蚀或者相反。这说明，泵的汽蚀发生与否，不但与泵本身有关，还和吸入装置有关。所以，研究汽蚀，应从泵和吸入装置两个方面着手。

第四章

泵的汽蚀一、基本概念（p100）1.

泵的汽蚀余量(必需汽蚀余量)hr或NPSHr与泵有关的汽蚀参数叫泵的必需汽蚀余量hr，NPSHr。定义：单位重量的液体从泵的吸入口流至叶轮叶片压力最低处时的压力降低叫泵的必需汽蚀余量。该值越小，说明进入泵后的压力降低就越小，从以上泵发生汽蚀的过程来看，就越不易发生汽蚀。第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念1.

泵的汽蚀余量(必需汽蚀余量)hr或NPSHr入口的压力降低主要是由于入口处的阻力、截面突变、转向引起的局部阻力。从泵的工作原理知，s-s面是处于真空状态而实际上这儿并不是泵中压力最低处因转弯、冲击、阻力等原因，流体经过s-s后压力仍继续降低，知道k处达到最低第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念1.

泵的汽蚀余量(必需汽蚀余量)hr或NPSHr泵的必需汽蚀余量NPSHr只与泵的入口几何参数有关。v0、w0分别是入口处的绝对速度和相对速度，是系数它们三个的值都不好求，只能定性分析。

第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念2.

有效汽蚀余量(装置汽

蚀余量)ha或NPSHa

定义：单位重量液体在泵的入

口处所具有的超过汽化压力的

富裕量，叫有效汽蚀余量。该值越大，说明流体流至泵入口处时，超过汽化压力pv/的量就越大，故越不易发生汽蚀。它只与吸入装置有关，与泵无关。

第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念2.

有效汽蚀余量(装置汽蚀余量)ha或NPSHa

由定义知：列出c-c面和s-s面之间的伯努力方程，有：即：所以：第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念3.

NPSHa和NPSHr和汽蚀之间的关系由定义可知，

NPSHa是在吸入口处的超过汽化压力的那部分值；而NPSHr是泵从吸入口到压力最低处的压力下降值。所以，如果NPSHa

>

NPSHr,则说明流体到达压力最低处时，其压力仍能超过pv/,所以不会产生汽蚀。第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念3.

NPSHa和NPSHr和汽蚀之间的关系反之，如NPSHa<

NPSHr,则说明流体到达压力最低处时，其压力已经降到了pv/之下,则必发生汽蚀。如NPSHa=

NPSHr

，则是位于临界状态。第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念5.

安装高度和许用安装高度当正好发生汽蚀时的安装高度叫临界安装高度，即NPSHr

=

NPSHa时：两边同时减去0.3有：这就是允许安装高度。第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀一、基本概念5.

安装高度和许用安装高度实际的安装高度只能小于或等于允许安装高度。如果[Hg]>0，说明吸入液面可在泵的入口中心线以下；如果[Hg]<0，说明吸入液面必须在泵的入口中心线以上。如果是饱和水……？第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀二、几点分析1)pe及qv一定时，hw基本一定，安装高度Hg越大，

NPSHa越小，越易发生汽蚀，所以Hg不能太大，并是汽蚀的主要原因，同时也是解决汽蚀的主要手段。2)pe及一定时，qv

↑→hw↑→

NPSHa

↓

NPSHr

↑→易汽蚀。所以在以后要讲的调节中，qv一般不向大的方向调节。

第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀二、几点分析3)

吸入管道直径减小时，hw↑→

NPSHa

↓→易汽蚀。所以在实际中，一般都是入口管道直径较大，并且应尽量减小其他阻力损失，如尽可能减少入口管道上的阀门、弯头等。4)

如pe↓，即使其他条件都不变，

NPSHa也会减小，也易造成汽蚀。所以在高原处或环境压力较小的地方，应特别注意。第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀二、几点分析5)

如水温升高，其他条件都不变时，也可使NPSHa减小，从而增加汽蚀的可能。6)

特例：pe=pv时(饱和水时)，允许安装高度总是小于0,说明泵的吸入口一定要在液面之下时才能不发生汽蚀，这种情况叫倒灌。所以，锅炉除氧器泵、制冷机的冷剂水泵总要放在液面之下，且有一定的高度。第二节

汽蚀余量第四章

泵的汽蚀第三节汽蚀相似率及汽蚀比转速

第四章

泵的汽蚀一)

汽蚀相似率以前讲过汽蚀与n有关系。为了比较不同性能的泵的抗汽蚀性能的好坏，并把泵的汽蚀性能与转速及几何尺寸联系起来，引入汽蚀相似率。由

有：

根据等比定理：设

，则

第三节

汽蚀相似率及汽蚀比转速第四章

泵的汽蚀一)

汽蚀相似率所以如果是同一泵在不同的转速下运行的时候，有：即NPSHr随转速的平方增加。所以，提高转速容易使快速增加，极易发生汽蚀，也就是说提高转速要受到汽蚀的限制。第三节

汽蚀相似率及汽蚀比转速第四章

泵的汽蚀二)

汽蚀比转速用与比转速推导类似的方法，可得出：说明：就表达式而言，C与ns形式相同，只是常数和分母不同。在相似工况下运行的泵，C一定相等，但与ns不同的是，ns相等要求整台泵都相似，而C相等则仅要求泵在进口部分相似即可。C相同表示两台泵的抗汽蚀性能相同。C大时，如qv、n不不变，则NPSHr小，表示泵的抗汽蚀性能强。双吸时，qv以半值带入，所以C相同时，双吸泵的抗汽蚀性能好。

第三节

汽蚀相似率及汽蚀比转速第四章

泵的汽蚀二)

汽蚀比转速范围：C=600～800

效率为主，抗汽蚀性能不作要求C=800～1000兼顾及汽蚀C=1000～1600抗汽蚀性能要求高的泵。7.

有单位，不写，与其他国家的C值的换算关系见书。8.C与泵的出口参数无关，而泵的扬程主要与泵的出口参数有关，所以，C与泵的扬程H无关。提高泵的抗汽蚀性能，应主要研究泵的入口参数着手。9.

计算时注意单位。书上还有一托马系数，因它把汽蚀性能与泵的扬程联系起来了，不符合我们上面讲的，不讲。

第三节

汽蚀相似率及汽蚀比转速第四章

泵的汽蚀例1.

某一单级双吸泵的入口直径为600mm,输送20℃的常温清水，在n=970rpm，qv

=0.3m3/s,H=47m,C=900时，吸入管道的阻力hw=8000Pa，试求：1.

吸入液面压力为101.3×103Pa时，泵的安装高度。2.

吸入液面压力为86×103Pa，水温为40℃时，泵的安装高度。例题

第四章

泵的汽蚀解：求安装高度，一定是求允许安装高度1.

因为

故应先求NPSHr。查表有，20℃时的水pv/=0.24mpe/=

101.3×103/9800=10.33m[NPSH]=NPSHr+0.3=3.12+0.3=3.42m所以，=10.33-3.42-8000/9810-0.24=5.85m。第四章

泵的汽蚀例1.

某一单级双吸泵的入口直径为600mm,输送20℃的常温清水，在n=970rpm，

qv

=0.3m3/s,H=47m,C=900时，吸入管道的阻力hw=8000Pa，试求：1.

吸入液面压力为100.3×103Pa时，泵的安装高度。2.

吸入液面压力为86×103Pa，水温为40℃时，泵的安装高度。2.

40℃时水的密度为992.2kg/m3,查表可知，pv/=0.75m。所以，

例题

第四章

泵的汽蚀例2.

设计一台离心泵，给定的使用条件是：标准状态下抽送常温清水（pe/=10.33m,pv/=0.24m），流量为78

L/s,安装高度为5m，汽蚀比转速要求达到1000,入口处的直径为400mm,估计入口管道阻力为1m，求允许转速和发生汽蚀时的临界转速。解：思路把安装高度看成是允许安装高度可求得允许转速。把安装高度看成是最大安装高度可求得最大转速。具体计算自己完成。

例题

第四章

泵的汽蚀第四节吸入真空度Hs第四章

泵的汽蚀定义：泵吸入口处的真空度的大小叫泵的吸入真空度Hs。国际上已不常用，但国内目前仍用的不少，且与前面的NPSH相同，都能反映泵的汽蚀情况。由定义知：可知，

Hs越大，越易发生汽蚀。第四节

吸入真空度Hs第四章

泵的汽蚀再列出0-0面与s-s面的伯努力方程：

两边同减pa/有：特例，当p0=pa时，有：

第四节

吸入真空度Hs第四章

泵的汽蚀从公式可以看出，用Hs表抗汽蚀性能不利，因不易求出。既然NPSHr和Hs都能表示泵的抗汽蚀性能，它们之间肯定有关系。由NPSHa的定义(？)可知：临界时,NPSHa=NPSHr=NPSHc，