第四章 泵的汽蚀

第四章泵的汽蚀第1页，共34页，2023年，2月20日，星期三1、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2、什么是：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。第2页，共34页，2023年，2月20日，星期三

1、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。二、对泵运行的危害

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。

3、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）。那么泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？

第3页，共34页，2023年，2月20日，星期三一、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定

列吸水池液面e-e及泵入口断面s-s之间的能量方程式有：第二节、泵的吸上真空高度第4页，共34页，2023年，2月20日，星期三吸水池液面为大气压pa时，令称为吸上真空高度，则上式变为：

当qV=C时，Hg(

Hs)

存在

HsmaxpsminpkpV时，泵内开始发生汽蚀。Hsmax值由制造厂用试验方法确定。为保证泵不发生汽蚀，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第5页，共34页，2023年，2月20日，星期三在计算[Hg]中必须注意以下三点：（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）[Hs]值是泵制造厂在pa=1.013×105Pa，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。

大气压头饱和蒸汽压头

（3）为提高泵的允许几何安装高度，应尽量减少吸入管路的速度水头和阻力损失。第6页，共34页，2023年，2月20日，星期三

【例】在海拔500m某地安装一台水泵，其输水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】由表查得海拔500m力时大气压强pa=9.51×104Pa，由附录Ⅳ查得水温为t=30℃时的饱和蒸汽压强pV=4.2365kPa。查表得30℃水的密度=995.6㎏/m3。修正后的吸上真空高度为：

第7页，共34页，2023年，2月20日，星期三又因为：所以，泵的几何安装高度应为：第8页，共34页，2023年，2月20日，星期三第四节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工作性能的一个重要因素。那么，泵内汽蚀的产生还与那些因素有关？又如何防止呢？

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。称泵吸入口液流总能头高于汽化压强能头外的富余能头为汽蚀余量，以符号NPSH表示。汽蚀余量可分为有效汽蚀余量和必需汽蚀余量。当泵内刚发生汽蚀时，必有：ps>pK=pV。第9页，共34页，2023年，2月20日，星期三一、有效汽蚀余量1、定义

将泵吸入管路能量方程式：代入上式得：Δha=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；Δha越大，表明该泵防汽蚀的性能越好。2、影响因素，故当qVΔha。

而且由于第10页，共34页，2023年，2月20日，星期三3、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，则下式可改写为：Δha=－Hg－hw>0（2-9）即，凝结水泵和给水泵均应采用倒灌高度安装。只有：-Hg=Hd>0，才有可能使NPSHa>0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。第11页，共34页，2023年，2月20日，星期三二、必需汽蚀余量1、定义

利用能量方程可以推得：

Δhr=f(泵吸入室和叶轮进口的结构参数,流速大小),即，Δhr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Δhr具有流动损失的属性，某泵Δhr越小，表明该泵防汽蚀的性能越好。Δhr由泵制造厂通过试验测出。当qVΔhr。第12页，共34页，2023年，2月20日，星期三三、对汽蚀余量Δh的几点说明1、泵运行中Δha与Δhr

的关系泵运行中,Δha-qV和Δhr-qV的变化关系如图所示。即NPSHr-qVNPSHa-qVH-qVqVHNPSHO第13页，共34页，2023年，2月20日，星期三汽蚀区非汽蚀区泵运行中,Δha-qV

和Δhr-qV的变化关系如图所示。即Δhr-qVΔha-qVH-qVqVHΔhOqVCC三、对汽蚀余量Δh的几点说明即Δhr≥Δha，泵内将产生汽蚀。当qV

≥qVC时，因pK≤pV,但流量不能太小：冲角

hwNPSHr运行时的最大允许流量和最小允许流量。因此，应规定出泵水温

tpVNPSHa1、泵运行中Δha与Δhr的关系第14页，共34页，2023年，2月20日，星期三2、临界汽蚀余量Δhc和允许汽蚀余量[Δh]的关系Δhr-qVΔha-qV[Δh]-qVH-qV汽蚀区非汽蚀区KqVHNPSHOqVCC设计点A由图可知,qVΔha

pK=pV，液体开始汽化。此时，Δha就是使泵内发生汽蚀的临界值，即：该值可通过泵汽蚀试验确定。Δha=Δhc=Δhr也有采用：

[Δh]=（1.1～1.3）Δhc

为避免泵内汽蚀，常在Δhc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：[Δh]=Δhc+0.3m第15页，共34页，2023年，2月20日，星期三3、[Δh]与[Hg]的关系在式[Δh]

Δha，可得到计算泵允许几何安装高度的另一表达式：

中。用

[Hg]

Hg,上式与意义。比较，两者具有相同的实用所不同是：使用上式不需要进行修正，只要把使用地点条件下的参数值直接代入即可。

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【例】有一单吸单级离心泵，流量qV=68m3/h，Δhc=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？已知水在40℃时的密度为992㎏/m3。

【解】[Δh]=Δhc+0.3=2+0.3=2.3（m）

查附录Ⅳ得40℃的水相对应的饱和蒸汽压强为pV=7374Pa，于是由式可得：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。

第17页，共34页，2023年，2月20日，星期三第四节汽蚀相似定律及汽蚀比转速一、汽蚀相似定律

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？由于Δhr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：

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。

第18页，共34页，2023年，2月20日，星期三那么，转速高低对必需汽蚀余量换算误差的影响如何呢？

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

2、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，Δhr的试验值<换算值，则换算值偏于安全。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。

第19页，共34页，2023年，2月20日，星期三二、汽蚀比转速

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。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，Δhr、qV和n的单位分别为：m、m3/s和r/min。

第20页，共34页，2023年，2月20日，星期三

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21页，共34页，2023年，2月20日，星期三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。第22页，共34页，2023年，2月20日，星期三一、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，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。

2．加装诱导轮其加压和强制预旋w0

Δhr；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。第23页，共34页，2023年，2月20日，星期三

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L。

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

对给水泵和凝结水泵采取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Δha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。给水经前置泵升压，相当于pe/gΔha。第24页，共34页，2023年，2月20日，星期三（1）规定首级叶轮的汽蚀寿命。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）泵应在规定转速下运行，不得超速。因为当n泵的Δhr，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。否则，将导致吸入管路的hwΔha。三、运行中防止汽蚀的措施（4）泵在运行时若发生汽蚀，可以设法减小流量，或