1、第四章第四章 泵的汽蝕泵的汽蝕高明山東大學p水的物理特性：水和汽可以互相轉化，而溫度和壓力則是造成它們轉化的條件。p1個標準大氣壓下的水，溫度上升到100時，就開始汽化。但在高海拔地區呢？p如果水溫保持不變，壓力降低到某一數值時，水同樣也會發生汽化（pv）。p舉例：水溫為20時，其相應的汽化壓力為2.4kpa。n泵內的水在流動過程中，某一局部地區的壓力等于或低于水溫所對應的汽化壓力時，水就會在該處發生汽化。n由于汽泡中的氣體和蒸汽來不及在瞬間全部溶解和凝結，因此，在沖擊力的作用下又分成更小的汽泡，再被高壓水壓縮、凝結。如此形成多次反復。 n如果氣泡的破裂發生在流道附近，就會在流道表面形成某種強

2、度的高頻沖蝕。沖蝕形成的水擊壓力可高達幾百甚至上千Mpa，沖擊頻率每秒幾萬次。n流道材料表面在水擊壓力的反復作用下，形成疲勞而遭到破壞。從開始的點蝕到嚴重的蜂窩狀空洞，最后甚至把材料壁面蝕穿。通常把這種破壞現象稱為剝蝕通常把這種破壞現象稱為剝蝕。n由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助汽泡凝結時放出的熱量，也會對金屬起化學腐蝕（電化學腐蝕）作用。n這種汽泡的形成、發展和破裂以致材料受到破壞的全這種汽泡的形成、發展和破裂以致材料受到破壞的全部過程，稱為汽蝕。部過程，稱為汽蝕。汽蝕發生時，會出現噪聲和振動。汽泡破裂和高速沖擊會引起嚴重的噪聲。由于其他來源的噪聲已相當高，一般情況下，往往感覺不到汽蝕所產

3、生的噪聲。汽蝕過程本身是一種反復凝結、沖擊的過程，伴隨很大的脈動力。如果這些脈動力的某一頻率與設備的自然頻率相等，就會引起強烈的振動。 汽蝕發生時，由于機械剝蝕與化學腐蝕的共同作用，致使材料受到破壞（下圖）。 汽蝕發展嚴重時，大量汽泡的存在會堵塞流道的截面，減少流體從葉輪獲得的能量，導致揚程下降，效率也相應降低。n泵的性能曲線有明顯的變化。這種變化，對于不同比轉數的泵情況不同。ns=70（1 1）安裝高度對汽蝕的影響）安裝高度對汽蝕的影響n當幾何安裝高度為6m時，出水管閥門的開度只能開到曲線上黑點所對應的流量。如果繼續開大閥門，流量進一步有所增加時，揚程曲線則急劇下降，這表明汽蝕已經達到使水泵

4、不能工作的嚴重程度。這一工況，稱為斷裂工況。n當把幾何安裝高度從6m增加到7m時，斷裂工況就向流量小的方向偏移，qvH曲線上可以使用的運行范圍就變窄；幾何安裝高度提高到8m時，斷裂工況偏向更小的流量，泵的使用范圍就更窄。 ns=690ns=70比轉數的影響比轉數的影響ns=150H H H qvqvqvqVHqVHqVHqV qV qV a 離心泵離心泵 b 混流泵混流泵 c 軸流泵軸流泵 不同比轉數泵受汽蝕影響性能曲線下降的形式不同比轉數泵受汽蝕影響性能曲線下降的形式（2 2）比轉數對汽蝕的影響）比轉數對汽蝕的影響n當nsqvc時， hrha，有效汽蝕余量所提供的超過汽化壓力的富余能量不足以

5、克服泵入口部分的壓力降，此時，pkpv，泵內發生汽蝕。qvc右邊為汽蝕區，左邊為安全區。n泵不發生汽蝕的條件：hrpv(1) 允許汽蝕余量允許汽蝕余量 h h h ha a = = h hr r = = h hc c h hc c為臨界汽蝕余量，由汽蝕試驗求得，為保證泵不發生汽蝕，為臨界汽蝕余量，由汽蝕試驗求得，為保證泵不發生汽蝕，h hc c 加一安全量，得允許汽蝕余量加一安全量，得允許汽蝕余量 h h ，通常取通常取 h h 為為： 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) 汽蝕余量汽

6、蝕余量 h h 和吸上真空高度和吸上真空高度HHs s 的關系的關系gpgvgphvssa22a b mssppHgg22abmvssappvHhggg因此：因此：發生汽蝕的臨界狀態為：發生汽蝕的臨界狀態為：h ha a = = h hr r = = h hc c此時對應的吸上真空高度為此時對應的吸上真空高度為Hsmax2max2abmvsscppvHhggg 均考慮安全量均考慮安全量K：22abmvssppvHhggg (3) (3)幾何安裝高度的確定幾何安裝高度的確定-h-h法法求出允許安裝高度：求出允許安裝高度：evagwpphHhggevgwppHhhgg 由有效汽蝕余量：由有效汽蝕余

7、量：或者寫成：或者寫成：0gvwHHHhh 22abmvssppvHhggg 倒灌高度的確定倒灌高度的確定evgwppHhhgg 當時(泵吸入飽和水)， 允許安裝高度為負值，此時泵必需安裝在水面以下，允許安裝高度為負值，此時泵必需安裝在水面以下，即采用倒灌。即采用倒灌。事實上，很多情況下事實上，很多情況下(吸水水面的壓力低或水溫高等吸水水面的壓力低或水溫高等)，計算出的計算出的Hg0，均需要倒灌。均需要倒灌。特別注意：鍋爐給水泵以及其前置泵、啟動給水泵、特別注意：鍋爐給水泵以及其前置泵、啟動給水泵、凝結水泵、疏水泵等，輸送的都是飽和水，需合理確凝結水泵、疏水泵等，輸送的都是飽和水，需合理確定倒

8、灌高度。定倒灌高度。例：有一單級單吸離心泵，安裝在海拔高度500m的地方，吸入管路系統的有關參數為：內徑d150mm，全長L8m，管路沿程損失系數0.03，管路各局部損失系數之和=17.5。該泵額定流量為qv=64m3/h，樣本中給定的允許吸上真空高度為Hs=7m,利用該泵從大氣壓力下抽送溫度為40的清水。試求：該泵的允許幾何安裝高度是多少？若給出h=3m，則該泵的允許幾何安裝高度又是多少？（水在40時的飽和蒸汽壓力Hv=0.752mH2O,海拔500處的大氣壓為9.7mH2O）2244641.01/3.140.153600vsqvm sd221.010.0522 9.8svmg280.031

9、7.50.050.9550.152swvlhdgm 10.330.2479.7 10.330.240.7525.858ssambvHHHHm25.858 0.05 0.955 4.8532sgswvHHhmg解：解： 泵入口速度：泵入口速度：動壓頭：動壓頭：阻力損失：阻力損失：允許吸上真空高度修正：允許吸上真空高度修正：允許安裝高度：允許安裝高度：09.70.75230.9554.993gvwHHHhhm n例2：鍋爐給水泵前置泵工作條件如下：除氧器工作壓力1.066MPa(g), 進水溫度172.3（飽和），轉速1450r/min，最大流量qv=690m3/h；吸入管路的有關參數為：內徑d3

10、50mm，全長L8m，管路沿程阻力系數0.05，各局部阻力系數之和10.5，求除氧器安裝高度。n解：從圖上查得最大流量qv=690m3/h下必需汽蝕余量hr3.9m，取K0.3m，取管路長度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：阻力損失：阻力損失：04.2 2.36-6.56gvwHHHhhm 允許汽蝕余量：允許汽蝕余量：允許安裝高度：允許安裝高度：由于前置泵從除氧器吸入飽和水，由于前置泵從除氧器吸入飽和水，H0Hv

11、從除氧器水面到前置泵中心倒灌高度最小6.56m。考慮負荷變化速度等因素，除氧器安裝高度應更高。22seabmgswvppHHhgg22sgswvHHhg22sgswvHHhgevgwppHhhgg 0gvwHHHhh gwHhh 液面壓力液面壓力=大氣壓力大氣壓力修正修正 允許吸上真空高度允許吸上真空高度對飽和水而言對飽和水而言 n汽蝕相似定律汽蝕相似定律 22001222rvwhgg 原型和模型泵進口部分幾何相似，工況相似時，則壓降系數相等，即：1p=1m，2p=2m，且1p=2p, 1m=2m由運動相似條件得汽蝕相似定律：222200112220011()()rppppprmmmmmhvw

12、uD nhvwuD n進口幾何尺寸相似的泵，在相似工況下運行，汽蝕余量之比等于葉輪進口幾何尺寸的平方比和轉速的平方比的乘積。n對同一臺泵而言，由于尺寸相同，當轉速變化時，汽蝕余量隨轉速的平方成正比關系變化，即。211rppprmmmhD nhD n n包括泵的性能參數及汽蝕性能參數在內的綜合相似特征數，反應汽蝕相似的性能，這個相似特征數稱為，用符號c表示345.62vrn qch34260vsrn qKg h34vrn qshn必需汽蝕余量hr小，汽蝕比轉數c大，表示泵的汽蝕性能好。反之，則差。n汽蝕比轉數的大小，可以反映泵抗汽蝕性能的好壞。但是，提高c值往往使泵的效率有所下降。n目前汽蝕比轉

13、數的大致范圍如下：345.62vrn qchn（l）汽蝕比轉數和比轉數一樣，用最高效率點的n，qv，hr值計算。因此一般指最高效率點的汽蝕比轉數。n（2）凡入口幾何相似的泵，在相似工況下運行時，汽蝕比轉數必然相等。與比轉數ns不同的是，只要求進口部分幾何形狀和流動相似。即使出口部分不相似，在相似工況下運行時，其汽蝕比轉數仍相等。n（3）汽蝕比轉數公式中流量是以單吸為標準，對雙吸葉輪流量應以 qv/2代入。n（4）汽蝕比轉數c、吸入比轉數S和無因次汽蝕比轉數Ks三者的性質并無差別，物理意義相同。對于有因次汽蝕比轉數C，由于各國使用單位不同需進行換算。n（5）比轉數強調葉輪出口滿足相似，比轉數相等

14、，泵不一定相似n 汽蝕比轉數強調葉輪進口滿足相似，汽蝕比轉數相等，泵不一定相似n比轉數和汽蝕比轉數都相等，則泵是相似的。n例：某鍋爐給水泵型號為DG500-240,雙吸進口,從除氧器吸入溫度為154的飽和水,水泵倒灌高度為25m,設吸入管路阻力損失3m,該泵汽蝕比轉數C=950,轉速為6000r/min,問:該泵安裝高度是否合適?解：解：345.62vrn qch則：則：允許汽蝕余量：345.625.62 6000500/2/3600hr=9.354mc950hr=19.7mvn qh=hr+k=19.7+0.3=20m020 323gvwHHHhhm 允許安裝高度：由于水泵倒灌高度為25m，

15、大于要求的23m，所以安裝高度合適n提高泵本身得抗汽蝕性能，降低必需汽蝕余量n合理確定吸入裝置，提高有效汽蝕余量n加強運行管理，使有效汽蝕余量大于必需汽蝕余量（1）降低葉輪入口部分流速（2）采用雙吸式葉輪（3）增加葉輪前蓋板轉彎處的曲率半徑（4）葉片進口邊適當加長，及將葉片進口邊向吸入方向延伸，并作成扭曲形（5）首級葉輪采用抗汽蝕性能好的材料（6）選擇適當的葉片數和沖角（1）減少吸入管路流動損失 加大吸入管直徑，減少管路附件（彎頭、閥門等），使吸入管長最短。（2）合理確定幾何安裝高度，必要時采取倒灌evagwpphHhgg主葉輪前裝誘導輪，使液體通過誘導輪升壓后流入主葉輪，提高主葉輪的有效汽蝕

16、余量，改善了泵的汽蝕性能。誘導輪是一個類似軸流式的葉輪，螺旋形葉片，葉片安裝角小，取l0120，葉片數僅23片，輪轂直徑較小，因此流道寬而長，本身具有良好的抗汽蝕性能。裝設誘導輪之后，c值可達3000以上。軸向尺寸增加，誘導輪與主葉輪配合不好，效率會下降。目前國內的凝結水泵一般都裝有誘導輪。 n采用雙重翼葉輪雙重冀葉輪由前置葉輪和后置離心葉輪組成，前置葉輪有23個葉片、呈斜流形，與誘導輪相比，其主要優點是軸向尺寸小，結構簡單，且不存在誘導輪與主葉輪配合不好，而導致效率下降的問題。雙重冀離心泵不會降低泵的性能，卻使泵的抗汽蝕性能大為改善。 n設置前置泵設置前置泵隨著單機容量的提高，鍋爐給水泵的水溫和轉速也隨之增加，則要求泵入口有更大的有效汽蝕余量。為此，除氧器的倒灌高度隨之增加。而除氧器裝置高度過高