第四章泵的汽蚀2011研究报告.ppt

河海大学河海大学 动力动力工程系工程系第四章第四章 泵的汽蚀（泵的汽蚀（CavitationCavitation） 第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响 第二节 吸上真空高度Hs 第三节 汽蚀余量H 第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转数 第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施河海大学河海大学 动力动力工程系工程系第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响第二节 吸上真空高度Hs第三节 汽蚀余量H第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转数第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施河海大学河海大学 动力动力工程系工程系一、汽蚀现象及机理 液体的汽化：是液体在恒压下加热，或在恒温下降低其周围环境压力，从液相向气相转化的现象 沸腾：任一液体在恒定压力下加热，当高于某一温度时，液体开始汽化，形成气泡的现象 空化：由于压力的变化而导致的液流内空泡的产生、发展和溃灭过程以及由此而产生的一系列物理和化学变化 空蚀：是由于空化现象而导致的破坏性的后果，且只发生在固体边界上 汽蚀河海大学河海大学 动力动力工程系工程系河海大学河海大学 动力动力工程系工程系汽蚀类型二：间隙汽蚀河海大学河海大学 动力动力工程系工程系河海大学河海大学 动力动力工程系工程系汽蚀类型三：涡带汽蚀河海大学河海大学 动力动力工程系工程系河海大学河海大学 动力动力工程系工程系河海大学河海大学 动力动力工程系工程系空泡溃灭的机械作用空泡溃灭的热力学作用（氧化腐蚀）空泡溃灭的电化学作用（热电效应，电化腐蚀）压力波模式微射流模式汽蚀机理汽蚀机理是个十分复杂的问题，有以下几种观点：气泡核聚变 压力：1001000MPa频率：10000/s河海大学河海大学 动力动力工程系工程系射流模式河海大学河海大学 动力动力工程系工程系 空化过程中，空泡急速产生、扩张和溃灭，在液体中形成激波或高速微射流。

金属材料受到冲击后，表面晶体结构被扭曲，出现化学不稳定性，使邻近晶粒具有不同的电势，从而加速电化学腐蚀过程 目前比较一致的看法是：空泡的机械作用是造成汽蚀的主要原因此外，汽化是一种只在液体介质中才会发生的现象河海大学河海大学 动力动力工程系工程系二、汽蚀对泵工作的影响 1 过流部件表面破坏 2 引起噪音与振动 3 泵的能量性能的下降 （1）当ns425时，在Q-H性能曲线没有明显的断裂点ns=150 双吸离心泵ns=690 轴流泵河海大学河海大学 动力动力工程系工程系o ns值越小，汽蚀对泵能量性能的影响越明显 在低比转数的离心泵中，由于叶片宽度小，流道狭而长，在发生汽蚀后，大量空泡很快布满流道，堵塞流道造成断流，致使扬程、效率急剧下降p 安装高程越高，影响越大p 转速越高，影响越大？河海大学河海大学 动力动力工程系工程系第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响第二节 吸上真空高度Hs第三节 汽蚀余量H第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转数第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施河海大学河海大学 动力动力工程系工程系o 产生汽蚀的必要条件是：泵内局部压力低于液体的饱和汽化压力；o 泵体内最低压力通常发生在叶轮入口处；o 影响泵入口压力的一个重要因素是泵的几何安装高度Hg。

中小型离心泵的几何安装高度卧式立式河海大学河海大学 动力动力工程系工程系 水泵若安装在高于水面的地方，那它如何实现把水从低处抽到高处？ 如何确定水泵的几何安装高度？两个思考题河海大学河海大学 动力动力工程系工程系o取吸水池液面为基准面，列出水面e-e和泵入口s-s断面的伯努利方程式：o可认为 ，上式移项后得河海大学河海大学 动力动力工程系工程系o 吸上真空高度，即o 最大吸上真空高度（临界吸上真空高度）o 允许吸上真空高度o 允许几何安装高度断裂工况河海大学河海大学 动力动力工程系工程系 由 与 之间的关系，可得如下结论：（1）允许几何安装高度 应低于允许吸上真空高度 2）为了提高泵的允许几何安装高度，应该尽量减小泵入口速度与管道损失 此外，由于泵样本中的 值是在一个标准大气压、水温为20C下的数值，若使用条件与此不同，则应按下式换算：河海大学河海大学 动力动力工程系工程系第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响第二节 吸上真空高度Hs第三节 汽蚀余量H第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转数第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施河海大学河海大学 动力动力工程系工程系另一表示泵汽蚀性能的参数，汽蚀余量 有效汽蚀余量 必需汽蚀余量与装置条件有关仅与泵本身特性有关河海大学河海大学 动力动力工程系工程系泵段 泵装置 泵站河海大学河海大学 动力动力工程系工程系进水渠进水渠前池进水池检修间中控室泵房出水管出水池出水箱涵河海大学河海大学 动力动力工程系工程系江都泵站河海大学河海大学 动力动力工程系工程系一、有效汽蚀余量 是指泵在吸入口处，单位重量液体所具有的超过汽化压力（饱和蒸汽压力）的富余能量，一般表示为： 由 ，上式亦可表示为：河海大学河海大学 动力动力工程系工程系由上式可得以下结论：（1）其他不变，当流量增加时，由于流动损失 与流量的平方成正比增加，使 减小，发生汽蚀的可能性增加。

2）在非饱和容器中，液体温度越高，对应的汽化压力 越大， 越小，越易发生汽蚀河海大学河海大学 动力动力工程系工程系二、必需汽蚀余量 是指液体在泵吸入口的能头对压力最低点 k 处静压能头的富余能头，用于表述液体从泵吸入口至叶片进口边压力最低点k处的压力降河海大学河海大学 动力动力工程系工程系 影响泵入口到k点的压力有以下几个因素：（1）由于速度大小及方向变化所产生的流动损失 ;（2）液体绕流叶片翼形，流动方向急剧变化，流速加大，液体压力降低;（3）吸入管一般为收缩形，过流面积的减小，导致流速加大，压力下降 河海大学河海大学 动力动力工程系工程系 根据相对运动伯努利方程，必需汽蚀余量又可表示为压降系数，取0.20.3压降系数，取11.2汽蚀基本方程河海大学河海大学 动力动力工程系工程系三、有效汽蚀余量 与必需汽蚀余量 的关系1 有效汽蚀余量随流量的增加而下降；2 必需汽蚀余量随流量的增加而上升；3临界汽蚀余量4泵不发生汽蚀的条件为5 允许汽蚀余量K为安全量，一般取0.30.5m河海大学河海大学 动力动力工程系工程系四、汽蚀余量 与吸上真空高度 的关系吸上真空高度允许吸上真空高度河海大学河海大学 动力动力工程系工程系四、汽蚀余量 与几何安装高度 的关系允许几何安装高度河海大学河海大学 动力动力工程系工程系倒灌高度Hg河海大学河海大学 动力动力工程系工程系第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响第二节 吸上真空高度Hs第三节 汽蚀余量H第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转数第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施河海大学河海大学 动力动力工程系工程系一、汽蚀相似定律 由前面可知，汽蚀基本方程为 若几何相似的泵，在工况相似、运动相似时，压降系数及相应的速度比值相等，则河海大学河海大学 动力动力工程系工程系 汽蚀相似定律指出：进口几何尺寸相似的泵，在相似工况运行时，原模型泵必需汽蚀余量之比等于原模型叶轮进口几何尺寸的平方比和转速的平方比的乘积。

对同一台泵，由于 则有 即当泵的转速提高后，必需汽蚀余量成平方增加，泵的抗汽蚀性能大为恶化河海大学河海大学 动力动力工程系工程系二、汽蚀比转数：汽蚀比转数是一个表征泵的性能参数及汽蚀性能参数在内的综合相似特征数，用符号c表示河海大学河海大学 动力动力工程系工程系泵的流量相似定律泵的汽蚀相似定律河海大学河海大学 动力动力工程系工程系 吸入比转数 汽蚀比转数 由上两式表明：必需汽蚀余量小，汽蚀比转数大，则泵的汽蚀性能好 此外，也常用无因次汽蚀比转数 与托马汽蚀系数 等参数表征泵的汽蚀性能国外常用国内常用河海大学河海大学 动力动力工程系工程系河海大学河海大学 动力动力工程系工程系汽蚀比转速公式的几点说明：（1）用最高效率点的参数计算；（2）仅要求入口几何相似，相似工况运行（3）公式中的流量是以单吸为准；（4）汽蚀比转速、吸入比转速、无因次汽蚀比转速三者物理意义相同河海大学河海大学 动力动力工程系工程系河海大学河海大学 动力动力工程系工程系第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响第二节 吸上真空高度Hs第三节 汽蚀余量H第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转数第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施河海大学河海大学 动力动力工程系工程系一、提高泵本身的抗汽蚀性能，减小 值。

（1）降低叶轮入口部分流速 a 适当增大叶轮入口直径D0； b 增大叶片入口宽度b1; c 以上同时采用； （2）采用双吸式叶轮； 因此，对于汽蚀比转速、转速与流量相同的两台泵，双吸式叶轮的必需汽蚀余量是单吸叶轮的63几何结构参数的改变须以不影响效率为限河海大学河海大学 动力动力工程系工程系 （3）增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径，减小局部阻力损失； （4）适当加长叶片进口边； （5）首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料河海大学河海大学 动力动力工程系工程系二、提高吸入系统装置的有效汽蚀余量 （1）减小吸入管路的流动损失； （2）合理确定几何安装高度或倒灌高度； （3）采用诱导轮 （4）采用双重翼叶轮； 河海大学河海大学 动力动力工程系工程系河海大学河海大学 动力动力工程系工程系（5）采用超汽蚀泵；（6）设置前置泵。