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第四章 叶片泵的汽蚀及安装高程的确定

第四章 叶片泵的汽蚀及安装高程的确定. 教学内容及重点. 一、汽蚀及其危害 二、汽蚀基本方程与汽蚀性能参数 汽蚀余量、装置汽蚀余量、临界汽蚀余量、必需汽蚀余量、吸上真空高度、允许吸上真空高度 三、水泵安装高度及高程的确定. 第一节 汽蚀及其危害. 一、汽蚀 水的汽化与温度、压力有一定的关系。在一定的温度下，水开始汽化的临界压力称为该温度下的饱和汽化压力。

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第四章 叶片泵的汽蚀及安装高程的确定

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  1. 第四章 叶片泵的汽蚀及安装高程的确定

  2. 教学内容及重点 • 一、汽蚀及其危害 • 二、汽蚀基本方程与汽蚀性能参数 • 汽蚀余量、装置汽蚀余量、临界汽蚀余量、必需汽蚀余量、吸上真空高度、允许吸上真空高度 • 三、水泵安装高度及高程的确定

  3. 第一节 汽蚀及其危害 • 一、汽蚀 • 水的汽化与温度、压力有一定的关系。在一定的温度下，水开始汽化的临界压力称为该温度下的饱和汽化压力。 • 当液体在泵内流动的液体，在压力降低到一定程度时，在液体内的杂质、微小固体颗粒或液体与固体接触面的缝隙中存在的汽核就迅速生长为空泡，空泡随液流到达高压区时，受到周围液体的压力压缩，并经过反弹，直到最后完全溃灭，这一过程称为汽蚀。

  4. 第一节 汽蚀及其危害 • 二、汽蚀发生的部位 • 汽蚀形式:叶面汽蚀:叶片表面、前盖板内表面； • 间隙汽蚀:叶片外缘与叶轮室壁面之间，或密封环与叶轮进口外缘之间 • 涡带汽蚀:由于进水池、进水流道设计不良或其他边界条件的变化产生涡带，当涡带进入水泵后，会助长或加重水泵的叶面汽蚀。

  5. 第一节 汽蚀及其危害 • 三、汽蚀的危害 • 1 、性能下降：流量、扬程、效率下降 水泵发生汽蚀时的性能曲线 ( a ）离心泵 ( b ）轴流泵 1 一正常运行时的性能曲线； 2 一发生汽蚀时的性能曲线

  6. 第一节 汽蚀及其危害 • 2、过流部件遭到剥蚀 • 发生汽蚀的部位开始出现麻点，随后很快扩大成海绵或蜂窝状，直至大片脱落而破坏。 • 3、产生噪声和振动 • 水泵发生汽蚀时，由于空泡振动和空泡破灭产生噪声，危害泵站管理人员的身心健康 • 由于空泡溃灭，空泡团或涡带汽蚀的不稳定性均引起强烈振动，使水泵装置不能工作，甚至造成装置和泵房结构的破坏。

  7. 第二节 减轻汽蚀的措施 • 防治或减轻汽蚀的措施： • 1、在设计、制造等方面加以改善； • 2、在泵站规划设计和运行管理等方面加以考虑。

  8. 第二节 减轻汽蚀的措施 • 1、正确确定水泵安装高程； • 2、正确设计进水池进水池； • 3、正确设计进水管道； • 4、调节水泵的运行工况，减轻汽蚀； • 5、控制水源含沙量； • 6、提高叶面光洁度； • 7、及时进行涂敷与修复出现剥蚀的水泵过流部件； • 8、降低水泵的转速； • 9、在汽蚀区补气在泵进水侧补进适量空气。

  9. 第三节 汽蚀基本方程与汽蚀性能参数 • 一、汽蚀基本方程 • 泵在运行时是否发生汽蚀，与泵本身特性、吸入装置系统等因素有关。 • 汽蚀基本方程推导（以离心泵吸水装置为例）。

  10. 1、进水池水面大气压Pa ； 2、进入叶轮后水流相对速度w； 3、叶片背面靠近进口处压力最低值k点。 以泵轴线的水平面为基准面，列水泵进口s—s断面与叶片进口1—1断面的能量方程: k 列叶片进口1—1断面与叶面上压力最低点k的相对运动能量方程:

  11. 一、汽蚀基本方程 • 将2式代入1式,可得: • 对方程进行简化及变换后，方程为： • 当 pk=p 汽时，泵内开始发生汽蚀，将 p 汽代入上式得： • 上式就是表征叶片泵汽蚀条件与影响汽蚀诸因素之间的关系式，称汽蚀基本方程。

  12. 二、汽蚀余量 • 汽蚀余量有两种概念： • 一是装置汽蚀余量； • 二是必需汽蚀余量。 • 1、装置汽蚀余量(NPSH)a • 装置汽蚀余量是指水泵吸水侧管路装置给予水泵基准面单位重力水所具有的超过饱和汽化压力水头的能量，即装置给水泵提供的汽蚀余量。汽蚀基本方程左边表示的就是装置汽蚀余量，即 • 也可写为： • 根据上式讨论影响(NPSH)a 的因素及其与汽蚀的关系。

  13. 2 、必需汽蚀余量(NPSH)r • 为了使泵不发生汽蚀，泵进口处必需具有的超过饱和汽化压力水头的最小能量称必需汽蚀余量(NPSH)r • 当 k 点的压力下降到等于泵工作温度下的饱和汽化压力时，此时的汽蚀余量称临界汽蚀余量(NPSH)c • 汽蚀基本方程右边表示的就是临界汽蚀余量: • 当(NPSH)a>(NPSH)c时，水泵不发生汽蚀。 • 当(NPSH)a<(NPSH)c时，泵内发生汽蚀，泵运行不安全。 • 为了保证水泵正常，取(NPSH)r = (NPSH)c+0.3m • (NPSH)r值愈小，表示泵的抗汽蚀性能愈好，不易发生汽蚀。 • 因此，必须使（ NPSH )a> ( NPSH )r。

  14. 三、吸上真空高度 • 列出进水池水面与水泵进口1—1断面的能量方程式: • 变换后为： • 当 Hs增大至某一数值后，水泵开始发生汽蚀，为了保证水泵运行时不发生汽蚀， 令允许吸上真空高度Hsa=Hs-0.3m • 泵的允许吸上真空高度Hsa愈高，泵的抗汽蚀性能愈好。

  15. 由上两式相加得：

  16. 第四节 叶片泵安装高程的确定 • 水泵的安装高程是指满足水泵不发生汽蚀的水泵基准面高程，根据与泵工况点对应的汽蚀性能参数，以及进水池的水位来确定。 • 一、用必需汽蚀余量(NPSH)r计算 H 允吸

  17. 二、用允许吸上真空高度 H sa计算 H 允吸 必须指出的是水泵厂提供的 H s值，是在标准状况下，以清水在额定转速下试验得出的。当水泵的使用条件不同于上述情况时，应进行下列修正: ( l ）转速修正。可按下式近似计算 ( 2 ）气压和温度修正。可按下式进行计算

  18. 三、水泵安装高程的确定 • 水泵的安装高程为：

  19. 复习题 • 1 、什么是叶片泵汽蚀？泵内汽蚀主要原因是什么？有哪些危害？ • 2 、泵内汽蚀有哪些类型？各在叶片泵的哪些部位发生？ • 3 、采取哪些措施可以预防和减轻泵内汽蚀的程度？ • 4 、什么是叶片泵的汽蚀基本方程式？它的物理意义是什么？ • 5 、什么是汽蚀余量、装置汽蚀余量和必需汽蚀余量？其中装置汽蚀余量和必需汽蚀余量有何区别？ • 6 、什么是允许汽蚀余量？如何确定？ • 7 、什么是吸上真空高度与允许吸上真空高度？ • 8 、允许汽蚀余量与允许吸上真空高度有何区别？有什么关系？ • 9、叶片泵的安装基准线？如何确定？ • 10 、为什么允许吸上真空高度受水温与海拔影响时必须修正？而允许汽蚀余量却不须修正？

  20. 计算题 • 1．在沿海地区某灌溉泵站，选用 14 HB —40 型水泵，其铭牌参数如下：流量 780m 3 / h , 扬程 6.0m ，转速 9 80 r/min，允许吸上真空高度6.0m。效率84％。设计中使用直径为450mm的铸铁管作进水管，长度为11.0m，选用无底阀滤网、 45°弯头、偏心渐缩接管等附件各 1 个。试计算该泵的安装高度。 • 2 ．某泵站设计时选用 20sh —19 型水泵，允许吸上真空高度 4.0m ，运行时的流量为 0.54m 3 / h ，吸水管路拟用 22 in铸铁管，长度 12.0m ，选用进口喇叭管、 R / d = 1.5 的 9 0°弯头和偏心渐缩接管等附件各 1 个，已知该站进水池最低水位为 21.5m ，夏季最高水温为 32 ℃ ，试确定该泵的安装高程。 • 3．某泵站设计时选用 10sh —9A 型水泵，其铭牌流量为130L/s ，允许吸上真空高度为 6.0m 。配备直径为 300 mm 的铸铁管作为吸水管路，长度10.0m ，选用无底阀滤网、 R / d =1.5的 9 0°弯头和偏心渐缩接管等附件各 1 个。已知该站进水池最低水位为500.0m，夏季最高水温为30 ℃ ，试计算该泵的安装高程?

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