泵與風機氣蝕

1、船舶輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump一、汽蝕及危害二、汽蝕余量離心泵的汽蝕三、汽蝕特性曲線四、防止汽蝕的措施l汽蝕英文為cavitation，它來源于拉丁文cavitas，cavitas 是空的意思，故汽蝕現(xiàn)象又稱空蝕現(xiàn)象或空泡現(xiàn)象。汽泡也稱為空泡，空泡聚集的空泡團稱為汽穴或空穴。l移動汽蝕，它是指單個瞬態(tài)汽泡和小的空穴，在液體中形成，并隨液體流動而增長、潰滅時造成的汽蝕。汽泡量多時形成云霧狀。l固定汽蝕，它是指附著于繞流體固定邊界上的汽穴造成的汽蝕，也稱附著汽蝕。水力機械中起主要作用的就是這種汽蝕。l旋渦汽蝕，它是指在液體旋渦中心產(chǎn)生的汽泡，旋渦中心處的速度大、壓強

2、低，易使液體氣化發(fā)生汽泡。旋渦汽蝕可能是移動型的，也可能是固定型的。l振動汽蝕，它是指由于液體中連續(xù)的高振幅、高頻率的壓強波動所形成的汽蝕。固壁振動時，在液體中產(chǎn)生壓強脈動，振動達到一定強度時，在液體和固壁交界處將產(chǎn)生汽泡而引起振動汽蝕。l在流動過程中，如果出在流動過程中，如果出現(xiàn)了局部的壓力降，且現(xiàn)了局部的壓力降，且該處壓力降低到等于或該處壓力降低到等于或低于水溫對應下的汽化低于水溫對應下的汽化壓力時，則水發(fā)生汽化。壓力時，則水發(fā)生汽化。隨著工況的變化，汽化隨著工況的變化，汽化先后發(fā)生的部位也不同。先后發(fā)生的部位也不同。一般在小于設計工況下一般在小于設計工況下運行時，壓力最低點發(fā)運行時，壓力

3、最低點發(fā)生在靠近前蓋板葉片進生在靠近前蓋板葉片進口處的工作面上?？谔幍墓ぷ髅嫔?。l開始發(fā)生汽化時，因為只有少量汽開始發(fā)生汽化時，因為只有少量汽泡，葉輪流道堵塞不嚴重，對泵的泡，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響到泵外部性能時的汽蝕稱為潛伏汽蝕。汽蝕。l泵長期在潛伏汽蝕工況下丁作時，泵長期在潛伏汽蝕工況下丁作時，泵的材料仍要受到剝蝕，影響它的泵的材料仍要受到剝蝕，影響它的使用壽命。當汽化發(fā)展到使用壽命。當汽化發(fā)展到定程度定程度時，汽泡大量聚集，葉輪流道被

4、汽時，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(fā)展，泡嚴重堵塞，致使汽蝕進一步發(fā)展，影響到泵的外部特性，導致泵難以影響到泵的外部特性，導致泵難以維持正常運行。綜上所述，汽蝕對維持正常運行。綜上所述，汽蝕對泵產(chǎn)生了諸多有害的影響。泵產(chǎn)生了諸多有害的影響。l2產(chǎn)生噪聲和振動l在汽蝕發(fā)生的過程中，汽泡潰滅的液體微團互相沖擊，會產(chǎn)生各種頻率范圍的噪音，一般頻率為60025000Hz，也有更高頻的超聲波。汽蝕嚴重時，可聽到泵內有劈劈啪啪的聲音。汽蝕過程本身是一種反復沖擊、凝結的過程，伴隨著很大的脈動力。如果這些脈動力的某一頻率與機組的固有頻率相等，就會引起機組的振動，機組的振動又將促使更多的

5、氣泡發(fā)生和潰滅，兩者互相激勵，最后導致機組的強烈振動，稱之為汽蝕共振現(xiàn)象，機組在這種情況下就應該停止工作。l3 影響泵的運行性能l當泵內液體中含有少量汽泡時，不會影響到外性能的變化，這種“潛伏”性汽蝕往往不被人們所注意，以致經(jīng)過一段時間運行才發(fā)現(xiàn)部件的汽蝕損壞；當汽泡大量發(fā)生時，葉輪流危害：產(chǎn)生60025000Hz的噪音和振動；流量、揚程、效率降低；金屬疲勞破壞；汽泡凝結放熱引起化學腐蝕(出口壓力升高使氣泡溶解，所以泵出口液體不會帶氣泡)。l這種變化還和泵的比轉速有關，圖這種變化還和泵的比轉速有關，圖2-2 2-2 示示出了不同比轉速的泵汽蝕時其性能曲線的出了不同比轉速的泵汽蝕時其性能曲線的變

6、化情況。圖中虛線為汽蝕時泵的性能曲變化情況。圖中虛線為汽蝕時泵的性能曲線的偏移變化。對低比轉速的離心泵來講，線的偏移變化。對低比轉速的離心泵來講，由于葉片數(shù)較多，葉片寬度較小，流道窄由于葉片數(shù)較多，葉片寬度較小，流道窄而長，在發(fā)生汽蝕后，大量汽泡很快就布而長，在發(fā)生汽蝕后，大量汽泡很快就布滿流道，造成斷流，使泵的揚程、功率、滿流道，造成斷流，使泵的揚程、功率、效率均迅速下降，出現(xiàn)效率均迅速下降，出現(xiàn)“斷裂斷裂”工況；對工況；對高比轉速的軸流泵，由于葉片數(shù)少，具有高比轉速的軸流泵，由于葉片數(shù)少，具有相當寬的流道，當氣泡發(fā)生后，氣泡不可相當寬的流道，當氣泡發(fā)生后，氣泡不可能布滿流道，不會造成斷流，

7、故在軸流泵能布滿流道，不會造成斷流，故在軸流泵的性能曲線上不會出現(xiàn)斷裂工況點，但仍的性能曲線上不會出現(xiàn)斷裂工況點，但仍有有“潛伏潛伏”汽蝕的存在；對中比轉速的混汽蝕的存在；對中比轉速的混流泵，由于其結構上介于離心泵和軸流泵流泵，由于其結構上介于離心泵和軸流泵兩者之間，因而汽蝕對泵性能的影響也介兩者之間，因而汽蝕對泵性能的影響也介于兩者之間，在性能曲線上出現(xiàn)比較緩和于兩者之間，在性能曲線上出現(xiàn)比較緩和的的“斷裂斷裂”工況。工況。l當泵內液體中含有少量汽泡時，不會影響到外性能的變化，這種“潛伏”性汽蝕往往不被人們所注意，以致經(jīng)過一段時間運行才發(fā)現(xiàn)部件的汽蝕損壞；當汽泡大量發(fā)生時，葉輪流道被氣泡嚴重

8、“阻塞”，汽蝕破壞了泵內液流的連續(xù)性，使泵的揚程、功率和效率均會顯著下降，出現(xiàn)“斷裂”工況。船舶輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump一、汽蝕及危害泵在吸入真空度大于允許吸入真空度時，發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。主要發(fā)生在葉輪外緣葉片及蓋板、渦殼或導輪處，不會發(fā)生在葉片進口處。例如流量大于設計流量時發(fā)生在葉片進口靠近前蓋板的葉片正面處(K1)。船舶輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump二、汽蝕余量汽蝕余量h：是指泵入口處液體所具有的總水頭與液體汽化時的壓力頭(pv/g)之差。國外稱凈正吸上水頭NPSH。船舶輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump有效

9、汽蝕余量ha：是泵工作時實際具有的汽蝕余量，取決于吸入條件和液體飽和壓力，與泵無關。它表示液體在泵進口處水頭超過汽化壓頭的富裕能量。mgpzgvgphvssa22必需汽蝕余量hr：是指泵泵為了避免汽蝕所必需的汽蝕余量。取決于泵進口部分的幾何形狀、轉速和流量，反映液體進泵后壓力進一步降低的程度，與吸入條件及所吸液體的pv值無關。 hr越小，泵的汽蝕性能越好。船舶輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump泵說明書給出hr值。由圖可見， hr隨Q的增大而增大，因為流量增大，液體進泵后的壓降也增加。hr很難計算，用汽蝕試驗確定：逐步增大吸入真空度，揚程或效率下降(2+K/2)%時的汽蝕

10、余量稱為臨界汽蝕余量hc。hc加上不小于0.3m的余量定為必需汽蝕余量hr。使用時ha比hr具有大于10%(不小于0.5m)的余量。3 . 0crhhrahh%110(差值不小于0.5m)船舶輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump必需汽蝕余量hr和允許吸上真空高度Hs都是表示泵吸入性能好壞的性能參數(shù)，性質一樣，只是表示方式不同。gpgvhgpgpgvgphvsasvssa2222asvasahgvgpgpgpgp22ha減小到等于hr時，吸上真空度達到Hs。rsvashgvgpgpH22船舶輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump有效汽蝕余量ha下降接近h

11、r但未降到很低時，汽蝕已經(jīng)發(fā)生但尚未明顯影響到泵性能的狀態(tài)稱為潛伏汽蝕。三、汽蝕特性曲線圖中畫斜線部分為不穩(wěn)定汽蝕，最容易破壞部件。垂直線斷裂工況，K為斷裂點，斷裂工況形成汽、水兩相區(qū)，振動和噪音不強烈，破壞不明顯，稱為穩(wěn)定汽蝕。吸高zs3zs2 zs1 ，可見吸高越大， ha越小，斷裂工況越向小流量方向移動，不發(fā)生汽蝕的流量范圍越小。船舶輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump中、低ns的泵葉片流道窄長，氣泡容易布滿流道，揚程、效率急劇下降，特性曲線有明顯斷裂點。低ns的泵發(fā)生汽蝕后很容易斷流。高ns的泵葉片流道短寬，達到斷裂點之前有較長的一段揚程和效率逐漸下降的部分。船舶

12、輔機第3章 離心泵離心泵 Centrifugal Pump四、防止汽蝕的措施容易發(fā)生汽蝕的泵(ha小)：1. 輸送高溫液體的泵：鍋爐給水泵、熱水循環(huán)泵2. 流注吸高顯著降低的泵：貨油泵3. 吸入液面真空度較大的泵：凝水泵預防措施：() 提高ha；減小hr；用抗汽蝕材料制造葉輪，提高光潔度管理中的措施：() 降低溫度；減小吸高或增加流注高度；減小吸入阻力(清洗濾器)； 關小排出閥(不能關小吸入閥)或降低轉速減小流量。2.2.42.2.4離心泵的安裝高度離心泵的安裝高度汽蝕現(xiàn)象是有害的，必須加以避免。從上面的分析可知，泵的安裝高度 不能太高，以保證葉輪中各處壓強高于被輸送液體的飽和蒸汽壓 。我國的

13、離心泵規(guī)格中采用下述兩種指標來表示泵的吸上性能，下面簡述其意義，并說明如何利用該指標來確定泵的 不致與發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。 gHvpgH （2）最大安裝高度 、最大允許安裝高度 與實際要安裝的高度 時發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，此時的安裝高度最大g,maxHgHgHkvpp20vKg,max(0 1)(1 K)g2gffppuHHHgC()NPSH2K(1 K)2gfuH=C()NPSH由泵的廠家提供，故g,maxH可以計算。 g,maxHgH為安全起見，通常是將減去一定量作為安裝高度的上限，稱為最大允許安裝高度0g(0 1)r()0.5vfppHHNPSHgg r()NPSHr()0.5NPSHC()NPSHg

14、Hg,maxHgHgH允許(0)fKH01fh，r()0.5NPSHh 稱為必需汽蝕余量，。對照解題指南P182式（11-18）可知：=（稱為允許汽蝕余量）a. 吸入管路應短（靠近液源）而直（少拐彎）； b. 吸入管路應省去不必要的管件，調節(jié)閥應裝在排出管路上；c. 吸入管徑大于排出管徑。C()NPSHr()NPSH（3）臨界汽蝕余量與必需汽蝕余量221 minv1Kc(1 K)()22fppuuNPSHHgggg，c()NPSHgHvq1peH1 minp，c()NPSHrc()()NPSHNPSHr()NPSH可通過實驗測定，不是改變發(fā)生汽蝕，而是設法在泵的不變的條件下逐次降低（例如關小吸

15、入管路中的閥），當泵內剛較正常值下降3%作為發(fā)生汽蝕的標志）時測取由上式計算，+安全余量，列在泵的好發(fā)生汽蝕（以泵 性能表上。gg0.5 1HH（） 為安全，實際安裝高度注意： 允許汽蝕余量的校正。 hh泵性能表上列出的值也是按值應按下輸送20oC的清水測定出來的，當輸送其它液體時，式校正。hh式中 h輸送其它液體時的允許汽蝕余量，m； 校正系數(shù)，為輸送溫度下液體的密度與飽和蒸汽 壓的函數(shù)，其值小于1。r()NPSHvqvrg()qNPSHH，gH與有關，因此在確定時必須使用過程可能達到的最大流量進行計算。 (0 1)gfHH，(0 1)fH，應盡可能使。措施： 值可由有關手冊查得，但通常1，

16、hhh，則按計算的允許安裝高度允許gH允許gH,故為簡便起見，h也可不校正，而把它作為外加的安全因數(shù)。SHgH（4）由允許吸上高度 （真空度）求安裝高度Hgpa1100p1pa , p1 有一定真空度，有一定真空度，真空度越高，吸力越大真空度越高，吸力越大, Hg 越大。越大。 當當p1 小于一定值后小于一定值后(p1pv, pv 為環(huán)境溫度下液體的飽和為環(huán)境溫度下液體的飽和蒸汽壓蒸汽壓)，將發(fā)生，將發(fā)生氣蝕現(xiàn)象氣蝕現(xiàn)象。 pv100 =760mmHg, p pv v 40=55.32mmHg=55.32mmHg五、五、 離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象離心泵的安裝高度和氣蝕現(xiàn)象1 氣蝕現(xiàn)象氣蝕現(xiàn)象

17、為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應限制為避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，應限制p p1 1不能太低，不能太低，或或H Hg g不能太大，即泵的安裝高度不能太高。不能太大，即泵的安裝高度不能太高。安裝高度安裝高度Hg的計算方法一般有兩種：的計算方法一般有兩種：v允許吸上真空高度法；允許吸上真空高度法；v氣蝕余量法。氣蝕余量法。2 2 安裝高度安裝高度允許吸上真空高度允許吸上真空高度H Hs s泵入口處壓力泵入口處壓力p1所允許的最大真空度。所允許的最大真空度。 mH2OOmHHgpsa233.10Hs與泵的結構、液體的物化特性等因素有關。與泵的結構、液體的物化特性等因素有關。一般，一般， Hs 57 mH2O.gppsa

18、H1（2-82-8）式中式中 p pa a大氣壓，大氣壓，N/mN/m2 2 被輸送液體密度，被輸送液體密度，kg/mkg/m3 3Hgp01100如何用允許吸上真空高度確定泵的安裝高度？如何用允許吸上真空高度確定泵的安裝高度？H Hg g 泵的安裝高度；泵的安裝高度；u u2 2/2g/2g 進口管動能；進口管動能；H Hf f 進口管阻力進口管阻力; ;H Hs s 允許吸上真空高度，由泵的生產(chǎn)廠家給出。允許吸上真空高度，由泵的生產(chǎn)廠家給出。提高提高Hg的方法的方法 取截面取截面0-0，1-1，并以截面，并以截面0-0為基準面，在兩截為基準面，在兩截面間柏努利方程，可得面間柏努利方程，可得

19、fgusgHHH221若貯槽為敞口，則若貯槽為敞口，則p p0 0為大氣壓為大氣壓p pa a，則有，則有fgugHgppH21021（2-92-9）（2-102-10） 泵制造廠只能給出泵制造廠只能給出H Hs s值，而不能直接給出值，而不能直接給出H Hg g值。值。因為每臺泵使用條件不同，吸入管路的布置情況也因為每臺泵使用條件不同，吸入管路的布置情況也各異，有不同的各異，有不同的u u2 2/2g/2g 和和H Hf f 值，所以，只能由使值，所以，只能由使用單位根據(jù)吸入管路具體的布置情況，由計算確定用單位根據(jù)吸入管路具體的布置情況，由計算確定H Hg g。問題問題：泵制造廠能直接給出泵的安裝高度嗎？：泵制造廠能直接給出泵的安裝高度嗎？Hs=Hs(Ha10)(Hv0.24) (2-11)式中式中 Hs操作條件下輸送水時允許吸上真空高度，操