1、1第四章 泵的汽蝕 第一節 汽蝕現象及其對泵工作的影響 第二節 吸上真空高度Hs 第三節 汽蝕余量h 第四節 汽蝕相似定律與汽蝕比轉數 第五節 提高泵抗汽蝕性能的措施2第一節 汽蝕現象及其對泵工作的影響 水的汽化：大氣壓下升溫到100或20 下降壓至2.4kPa。 汽化發生后，大量的蒸汽及溶解在水中的氣體逸出，形成大量蒸汽、氣體混合物的小汽泡。 氣泡隨同液體從低壓區流向高壓區，在高壓作用下迅速凝結或破裂，瞬間產生局部空穴，周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占據的空間，形成沖擊。來不及瞬間全部溶解和凝結的氣體和蒸汽在沖擊力的作用下又分成更小的汽泡，反復被高壓水壓縮、凝結。3第一節 汽蝕現象及其對

2、泵工作的影響 如果汽泡破裂發生在流道附近，就會在流道表面形成某種強度的高頻沖蝕，水擊壓力可高達幾百甚至上千MPa，沖擊頻率可高達每秒幾萬次之多。由于沖擊作用使泵體震動并產生噪音，且葉輪局部處在巨大沖擊力的反復作用下，使材料表面疲勞，從開始點蝕到嚴重的蜂窩狀空洞，最后甚至把材料壁面蝕穿。通常把這種現象稱為“剝蝕”。另外，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作用。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，稱為汽蝕現象。 4汽蝕機理-汽蝕核子理論 液體界面上的縫隙中存在的小氣核或汽核，當液體壓力降低，氣核迅速生成為肉眼可見的空泡，空泡在壓力升高的地方

3、破滅，產生水擊。空泡崩潰時形成的微細射流是固壁材料受到高壓的原因。 汽蝕噪聲與汽蝕發展的程度有關，泵內汽蝕初生時，由于空泡崩潰時微細射流的沖擊作用而產生噪聲。隨著汽蝕的發展，噪聲的分貝數也逐漸增大，其值在斷裂工況之前達到最大后很快降低，在斷裂工況時噪聲下降到最小。一般來說，噪聲最大時汽蝕對材料的破壞作用也最強烈。利用這種噪聲特性，用以判斷汽蝕的嚴重程度。5汽蝕發生的部位 (a)葉片進、出口處 (b)葉輪蓋板附近 (c)間隙汽蝕 (d)入流角度和導向葉片角度不適應產生的導向葉片汽蝕 (e)蝸殼泵舌處（連續大流量） (f)吸入室隔舌（預旋過大）6 CFD流體動力學計算程序模擬的氣泡體積分數最大的位

4、置。7泵內汽蝕的發生和發展 1、初生：水在低壓區剛開始汽化，只有少量汽泡，葉輪流道堵塞不嚴重，對泵的正常工作沒有明顯 影響，泵的外部性能也沒有明顯變化。這種尚未影響到泵外部性能時的汽蝕稱為潛伏汽蝕。 2、發展：當汽化發展到一定程度時，汽泡大量聚集，葉輪流道被汽泡嚴重堵塞，致使汽蝕進一步發展，影響到泵的外部特性，導致泵難以維持正常運行。 3、斷裂：揚程急劇下降，泵的工作曲線發生斷裂，不能工作。 隨著泵內壓力（NPSH）的下降，A點開始汽蝕，然后泵揚程略有下降。B點為斷裂工況的開始點，C點是完全斷裂工況，揚程直線下降。斷裂工況臨界點由無汽蝕揚程下降(2+K/2)H%來確定。8汽蝕的危害(3種) 噪

5、音和震動：氣蝕發生時產生噪音和震動，泵組的振動又會促使空泡的發生和潰滅，兩者的相互作用有可能引起汽蝕共振。 材料破壞：葉輪局部在巨大沖擊的反復作用下，表面出現斑痕及裂紋，甚至呈海棉狀逐漸脫落。 性能下降：液體流量明顯下降，同時壓頭、效率也大幅度降低，嚴重時會輸不出液體。9汽蝕性能曲線低比轉數泵，流道較窄而長，一旦發生汽蝕，氣泡易于充滿整個流道，使性能曲線突然下降。ns=70的離心式泵汽蝕性能曲線中有明顯的斷裂點。同一轉速，泵幾何安裝高度提高，斷裂工況往小流量方向移動，即容易發生汽蝕。比轉數增加，流道寬而短，氣泡發展至充滿整個流道需要一定過程，泵性能曲線其斷裂工況比較緩和，沒有明顯的斷裂點。高比

6、轉數的軸流泵，由于葉片數少且基本上相互不重疊，具有相當寬的流道，汽泡發生后，不可能布滿流道，從而不會造成斷流，所以在性能曲線上，當流量增加時，就不會出現斷裂工況點。盡管如此，但仍有潛伏汽蝕的存在，仍需防止。ns=70ns=150軸流泵10第二節 吸上真空高度wssghgvgPPH220由伯努利方程,得令Hs=(P0-Ps)/g：稱為離心泵的吸上真空度 wsgsShgvHgPPH220即吸上高度Hg為：wgsshHgvgPgvgP22220011允許幾何安裝高度 泵的允許幾何安裝高度Hg應低于泵樣本中所給出的允許吸上真空高度Hs 。一般情況下Hs 隨流量qV的增加而降低， Hg的確定應該按樣本中

7、最大流量所對應的Hs 來計算。 為了提高泵的Hg，應該盡量減小 和hw。即選用大直徑的吸入管路，短吸入管路和減少如彎頭等增加局部損失的管路附件。wsSghgvHH22允許幾何安裝高度允許幾何安裝高度gvs2212允許吸上真空度 在實際操作中，不易測出最低壓強的位置，而往往是測泵入口處的壓強，然后在考慮一安全量，即為泵入口處允許的最低絕對壓強，以p1表示。習慣上常把p1表示為真空度，并以被輸送液體的液柱高度為計量單位，稱為允許吸上真空度，以HS表示。 HS是指壓強為p1處可允許達到的最高真空度，表達式：液柱單位：mgppH1aS式中：p1-泵入口處允許的最低絕對壓強，Pa； -被輸送流體的密度，

8、kg/m3。13 HS 與泵的類型、結構、輸送操作條件有關，通過實驗測定，由制造廠提供，標示在泵樣本或說明書中。 實驗條件：大氣壓10.33mH2O，溫度20，清水為介質。 當操作條件和輸送液體與實驗條件不符時，須換算：式中：HS-實驗條件下輸送水時的允許吸上真空度，mH2O；(由泵樣本表或性能圖中查取)HS-操作條件下輸送液體時的允許吸上真空度，m液柱；Hamb-泵安裝地區大氣壓，mH2O；10.33-實驗條件下大氣壓強，mH2O；0.24-實驗條件下水的飽和蒸汽壓， mH2O；Hv-實際溫度下水的飽和蒸汽壓mH2O。換算公式 （4-65）)24. 0()33.10(vambSShHHH14

9、例4-315第三節 汽蝕余量h 一、有效汽蝕余量ha或NSPHa 表示在泵吸入口，單位重量的液體所具有的超過飽和蒸汽壓力的富裕能量。由上式可知，有效汽蝕余量NSPHa就是吸入液面上的壓力水頭在克服吸水管路裝置中的流動損失并把水提高到Hg的高度后，所剩余的超過汽化壓頭的能量。（倒灌時Hg為“+”）gpgvgphvsSa22wgsShHgvgpgp220wgvahHgpph016 （1）在p0/g、Hg和液體溫度（pv）保持不變的情況下，當流量增加時，由于吸入管路中的流動損失hw與流量的平方成正比增加，使ha隨流量增加而減小。當流量增加時，發生汽蝕的可能性增加。 （2）在非飽和容器中，泵所輸送的液

10、體溫度越高，對應的汽化壓力越大， ha越小，發生汽蝕的可能性就越大。當吸入容器中液面壓力為汽化壓力時（如凝結水泵和給水泵），pepv，則wgvahHgpph0wgahHh必須倒灌17 壓力變化過程壓力變化過程 a）泵入口葉輪入口流動損失靜壓頭，動壓頭基本不變,總壓頭 b）葉輪入口葉輪入口轉彎點（壓強最低點）流體流到葉輪轉彎點，消耗能量，靜壓頭，動壓頭基不變，總壓頭 c）葉輪轉彎點葉輪出口葉輪對流體做功，靜壓頭 動壓頭 總壓頭 d）葉輪出口泵出口泵殼流道漸大，動壓頭一部分轉換為靜壓頭，靜壓頭 流動又消耗能量,動壓頭 總壓頭必需汽蝕余量hr18 必需汽蝕余量hr,是液體從泵吸入口流至葉輪葉片進口壓

11、力最低處K點的壓力降.必需汽蝕余量hr越大,則表示壓力降越大,泵抗汽蝕性能就越差,反之亦然。 必需汽蝕余量hr與吸入管路裝置無關，只與泵吸入室的結構，液體在葉輪進口處的流速等因素有關。gwgvmhr222020m:考慮絕對速度因液流轉彎而造成的不均勻，以及液流的流動阻力損失的壓降系數，一般情況下為1.01.2。:考慮液體繞流葉片頭部引起的壓降系數，與沖角、葉片數葉片頭部形狀有關，在液體無沖擊流入葉片的情況下為0.30.4。可按經驗公式求得。19有效汽蝕余量ha隨流量增加而下降，流量增加會導致葉片進口前的流速v0、w0增大，從而致使必需汽蝕余量hr將隨流量增加。crahhh如圖，兩曲線交于一點，

12、交點c為臨界汽蝕狀態點，此時的汽蝕余量為臨界汽蝕余量hc。在點c的左側，是泵的安全工作區域在點c的右側，是泵不安全工作區域rahhrahh20 hc由汽蝕試驗求得，為了保證泵不發生汽蝕，加上一個安全量，允許汽蝕余量 h為： h=1.11.3 hc或 h=hc+K 通過廠家提供的h，計算允許幾何安裝高度 回顧： Hs針對不同外部條件， NPSH針對相同外部條件，不同型的泵汽蝕性能。0NPSHhgpgpHwvg21汽蝕余量NSPH與吸上真空高度Hs的關系由得允許吸上真空高度為：gpgvgphvssa22gpgpHsambsasvambshgvgpgpH2222hgvgpgpHsvambscsvam

13、bshgvgpgpH22max,22最小流量 超過汽蝕臨界流量，必定會發生汽蝕；小流量下，泵的運轉也會發生不穩定，乃至汽蝕。 小流量（額定流量1/3以下），葉輪入口將發生二次回流，引起泵體和管路的振動。回流造成真正的過流截面積減小，流速v0、w0增大，壓降系數也升高，因此， hr上升。 另外，小流量下，泵效率低，耗功轉化成熱能，引起水溫升高，提高飽和蒸汽壓力，從而提高hr。泵的安全工作區域，應該在最小流量和最大流量之間。啟動時，給水泵需要開啟旁路，將水循環回除氧器，保證正常運行。23第四節 汽蝕相似定律與汽蝕比轉數 汽蝕余量只能反映泵汽蝕性能的好壞，而不能對不同泵進行汽蝕性能的比較，因此需要一

14、個包括泵的性能參數及汽蝕性能參數在內的綜合相似特征敷，這個相似特征數稱為汽蝕比轉數c。 nD1直觀的反映了泵葉輪外緣處的圓周速度u，實際上既反映了泵的能量同時亦顯示泵的抗汽蝕性能。目前，工程上一般認為軸流泵的nD1435,最大不超過480。國內軸流泵與混流泵nD1一般都控制在400500。 泵速升高時，計算值偏小；泵速降低時，計算值偏大。211mmpprmrpnDnDhh24汽蝕比轉數c汽蝕比轉數吸入比轉數 hr大，則c小，泵抗汽蝕性能就差。為了提高c值往往使泵的效率有所下降，目前，主要考慮效率的泵：c600800；兼顧汽蝕和效率的泵：c8001200；對抗汽蝕性能要求高的泵c12001600

15、；特殊要求泵，c16003000；無因次汽蝕比轉數3/ 45.62Vrnqch3/ 4Vrnqsh3/ 4260 ()VsrnqKgh25三、汽蝕比轉數公式的說明汽蝕比轉數和比轉數一樣，是用最高效率點的n、qV、 hr值計算的。泵入口部分幾何相似與運動相似，則c必定相等，泵抗汽蝕性能相同。泵出口部分幾何相似與運動相似，側比轉數ns相等。c和ns均相等，即葉輪入口和出口部分都滿足相似要求，泵必定相似。汽蝕比轉數公式中流量以單吸為標準，對雙吸葉輪流量應以qV/2代入。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要進

16、行換算。26托馬汽蝕系數 托馬汽蝕系數大，表示泵的抗汽蝕性能差。 托馬汽蝕系數將泵的必需汽蝕余量與泵的揚程聯系起來，是它的不足。因為揚程的高低主要取決于葉輪的出口參數，而必需汽蝕余量主要取決于葉輪的入口參數。但由于公式簡單，歐美國家應用較多。定義式換算式單吸泵雙吸泵27例4-428例4-529第五節 提高泵抗汽蝕性能的措施一、提高有效汽蝕余量hawgvahHgpph0減小吸入管路的流動損失當加大吸入管直徑，降低流速，盡量減少彎頭、閥門等管路附件，并使吸入管長最短2. 合理確定幾何安裝高度和倒灌高度303.采用誘導輪（類似軸流泵的葉輪）誘導輪葉片為螺旋形，葉片安裝角僅1012，葉片數目僅23片，

17、而且輪轂直徑小，因此流道寬而長，流通面積大，抗汽蝕性能好；液體通過誘導輪升壓后流入主葉輪，提高了主葉輪的有效汽蝕余量。對H-qv性能曲線的影響不大，增壓和預旋作用相互制約和抵消。c值可達3000以上。目前國內的凝結水泵一般都裝有誘導輪。314.采用雙重翼葉輪雙重翼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。所以，雙重翼離心泵不會降低泵的性能，卻使泵的抗汽蝕性能大為改善。32 近年來，發展了一種超汽蝕泵。在主葉輪之前裝一個類似軸流式的超汽蝕葉輪，如圖5-19所示。其葉片采

18、用了薄而尖的超汽蝕翼型，如圖 5-20所示，使其誘發種固定型的汽泡，覆蓋整個翼型葉片背面，并擴展到后部，與原來葉片的翼型和空穴組成了新的翼型。其優點是汽泡保護了葉片，避免汽蝕并在葉片后部潰滅，因而不損壞葉片。超汽蝕泵5.采用超汽蝕泵336. 設置前置泵隨著單機容量的提高，鍋爐給水泵的的水溫和轉速也將隨之增加，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。水經前置泵升壓后再進入給水泵，改善了給水泵的汽蝕性能，同時除氧器的安裝高度也大為降低。34降低必需汽蝕余量hr的措施降低葉輪入口部分流速適當增大葉輪入口直徑D0；增大葉片入口邊寬度b1。增大葉輪入口直徑會引起吸入口密封環處泄漏量增大，泵的容積效率降低；另外縮短的流道也使擴散帶來的流動損失增大。需兼顧效率。入口邊寬度b1過大會導致前蓋板處圓周速度增