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1、船舶辅机第3章离心泵离心泵CentrifugalPump一、汽蚀及危害二、汽蚀余量离心泵的汽蚀三、汽蚀特性曲线四、防止汽蚀的措施l汽蚀英文为cavitation，它来源于拉丁文cavitas，cavitas是空的意思，故汽蚀现象又称空蚀现象或空泡现象。汽泡也称为空泡，空泡聚集的空泡团称为汽穴或空穴。水力机械中发生的汽蚀归类l移动汽蚀，它是指单个瞬态汽泡和小的空穴，在液体中形成，并随液体流动而增长、溃灭时造成的汽蚀。汽泡量多时形成云雾状。l固定汽蚀，它是指附着于绕流体固定边界上的汽穴造成的汽蚀，也称附着汽蚀。水力机械中起主要作用的就是这种汽蚀。l旋涡汽蚀，它是指在液体旋涡中心产生的汽泡，旋涡中心
2、处的速度大、压强低，易使液体气化发生汽泡。旋涡汽蚀可能是移动型的，也可能是固定型的。l振动汽蚀，它是指由于液体中连续的高振幅、高频率的压强波动所形成的汽蚀。固壁振动时，在液体中产生压强脉动，振动达到一定强度时，在液体和固壁交界处将产生汽泡而引起振动汽蚀。汽蚀对泵工作的影响l在流动过程中，如果出在流动过程中，如果出现了局部的压力降，且现了局部的压力降，且该处压力降低到等于或该处压力降低到等于或低于水温对应下的汽化低于水温对应下的汽化压力时，则水发生汽化。压力时，则水发生汽化。随着工况的变化，汽化随着工况的变化，汽化先后发生的部位也不同。先后发生的部位也不同。一般在小于设计工况下一般在小于设计工况
3、下运行时，压力最低点发运行时，压力最低点发生在靠近前盖板叶片进生在靠近前盖板叶片进口处的工作面上。口处的工作面上。l开始发生汽化时，因为只有少量汽开始发生汽化时，因为只有少量汽泡，叶轮流道堵塞不严重，对泵的泡，叶轮流道堵塞不严重，对泵的正常工作没有明显影响，泵的外部正常工作没有明显影响，泵的外部性能也没有明显变化。这种尚未影性能也没有明显变化。这种尚未影响到泵外部性能时的汽蚀称为潜伏响到泵外部性能时的汽蚀称为潜伏汽蚀。汽蚀。l泵长期在潜伏汽蚀工况下丁作时，泵长期在潜伏汽蚀工况下丁作时，泵的材料仍要受到剥蚀，影响它的泵的材料仍要受到剥蚀，影响它的使用寿命。当汽化发展到使用寿命。当汽化发展到定程度
4、定程度时，汽泡大量聚集，叶轮流道被汽时，汽泡大量聚集，叶轮流道被汽泡严重堵塞，致使汽蚀进一步发展，泡严重堵塞，致使汽蚀进一步发展，影响到泵的外部特性，导致泵难以影响到泵的外部特性，导致泵难以维持正常运行。综上所述，汽蚀对维持正常运行。综上所述，汽蚀对泵产生了诸多有害的影响。泵产生了诸多有害的影响。l2产生噪声和振动l在汽蚀发生的过程中，汽泡溃灭的液体微团互相冲击，会产生各种频率范围的噪音，一般频率为60025000Hz，也有更高频的超声波。汽蚀严重时，可听到泵内有劈劈啪啪的声音。汽蚀过程本身是一种反复冲击、凝结的过程，伴随着很大的脉动力。如果这些脉动力的某一频率与机组的固有频率相等，就会引起机
5、组的振动，机组的振动又将促使更多的气泡发生和溃灭，两者互相激励，最后导致机组的强烈振动，称之为汽蚀共振现象，机组在这种情况下就应该停止工作。l3影响泵的运行性能l当泵内液体中含有少量汽泡时，不会影响到外性能的变化，这种“潜伏”性汽蚀往往不被人们所注意，以致经过一段时间运行才发现部件的汽蚀损坏；当汽泡大量发生时，叶轮流危害：产生60025000Hz的噪音和振动；流量、扬程、效率降低；金属疲劳破坏；汽泡凝结放热引起化学腐蚀(出口压力升高使气泡溶解，所以泵出口液体不会带气泡)。l这种变化还和泵的比转速有关，图这种变化还和泵的比转速有关，图2-2 2-2 示示出了不同比转速的泵汽蚀时其性能曲线的出了不
6、同比转速的泵汽蚀时其性能曲线的变化情况。图中虚线为汽蚀时泵的性能曲变化情况。图中虚线为汽蚀时泵的性能曲线的偏移变化。对低比转速的离心泵来讲，线的偏移变化。对低比转速的离心泵来讲，由于叶片数较多，叶片宽度较小，流道窄由于叶片数较多，叶片宽度较小，流道窄而长，在发生汽蚀后，大量汽泡很快就布而长，在发生汽蚀后，大量汽泡很快就布满流道，造成断流，使泵的扬程、功率、满流道，造成断流，使泵的扬程、功率、效率均迅速下降，出现效率均迅速下降，出现“断裂断裂”工况；对工况；对高比转速的轴流泵，由于叶片数少，具有高比转速的轴流泵，由于叶片数少，具有相当宽的流道，当气泡发生后，气泡不可相当宽的流道，当气泡发生后，气
7、泡不可能布满流道，不会造成断流，故在轴流泵能布满流道，不会造成断流，故在轴流泵的性能曲线上不会出现断裂工况点，但仍的性能曲线上不会出现断裂工况点，但仍有有“潜伏潜伏”汽蚀的存在；对中比转速的混汽蚀的存在；对中比转速的混流泵，由于其结构上介于离心泵和轴流泵流泵，由于其结构上介于离心泵和轴流泵两者之间，因而汽蚀对泵性能的影响也介两者之间，因而汽蚀对泵性能的影响也介于两者之间，在性能曲线上出现比较缓和于两者之间，在性能曲线上出现比较缓和的的“断裂断裂”工况。工况。影响泵的运行性能l当泵内液体中含有少量汽泡时，不会影响到外性能的变化，这种“潜伏”性汽蚀往往不被人们所注意，以致经过一段时间运行才发现部件
8、的汽蚀损坏；当汽泡大量发生时，叶轮流道被气泡严重“阻塞”，汽蚀破坏了泵内液流的连续性，使泵的扬程、功率和效率均会显著下降，出现“断裂”工况。船舶辅机第3章离心泵离心泵CentrifugalPump一、汽蚀及危害泵在吸入真空度大于允许吸入真空度时，发生汽蚀现象。主要发生在叶轮外缘叶片及盖板、涡壳或导轮处，不会发生在叶片进口处。例如流量大于设计流量时发生在叶片进口靠近前盖板的叶片正面处(K1)。船舶辅机第3章离心泵离心泵CentrifugalPump二、汽蚀余量汽蚀余量h：是指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头(pv/g)之差。国外称净正吸上水头NPSH。船舶辅机第3章离心泵离心泵Ce
9、ntrifugalPump有效汽蚀余量ha：是泵工作时实际具有的汽蚀余量，取决于吸入条件和液体饱和压力，与泵无关。它表示液体在泵进口处水头超过汽化压头的富裕能量。必需汽蚀余量hr：是指泵泵为了避免汽蚀所必需的汽蚀余量。取决于泵进口部分的几何形状、转速和流量，反映液体进泵后压力进一步降低的程度，与吸入条件及所吸液体的pv值无关。hr越小，泵的汽蚀性能越好。船舶辅机第3章离心泵离心泵CentrifugalPump泵说明书给出hr值。由图可见，hr随Q的增大而增大，因为流量增大，液体进泵后的压降也增加。hr很难计算，用汽蚀试验确定：逐步增大吸入真空度，扬程或效率下降(2+K/2)%时的汽蚀余量称为临
10、界汽蚀余量hc。hc加上不小于0.3m的余量定为必需汽蚀余量hr。使用时ha比hr具有大于10%(不小于0.5m)的余量。(差值不小于0.5m)船舶辅机第3章离心泵离心泵CentrifugalPump必需汽蚀余量hr和允许吸上真空高度Hs都是表示泵吸入性能好坏的性能参数，性质一样，只是表示方式不同。ha减小到等于hr时，吸上真空度达到Hs。船舶辅机第3章离心泵离心泵CentrifugalPump有效汽蚀余量ha下降接近hr但未降到很低时，汽蚀已经发生但尚未明显影响到泵性能的状态称为潜伏汽蚀。三、汽蚀特性曲线图中画斜线部分为不稳定汽蚀，最容易破坏部件。垂直线断裂工况，K为断裂点，断裂工况形成汽、
11、水两相区，振动和噪音不强烈，破坏不明显，称为稳定汽蚀。吸高zs3zs2zs1，可见吸高越大，ha越小，断裂工况越向小流量方向移动，不发生汽蚀的流量范围越小。船舶辅机第3章离心泵离心泵CentrifugalPump中、低ns的泵叶片流道窄长，气泡容易布满流道，扬程、效率急剧下降，特性曲线有明显断裂点。低ns的泵发生汽蚀后很容易断流。高ns的泵叶片流道短宽，达到断裂点之前有较长的一段扬程和效率逐渐下降的部分。船舶辅机第3章离心泵离心泵CentrifugalPump四、防止汽蚀的措施容易发生汽蚀的泵(ha小)：1.输送高温液体的泵：锅炉给水泵、热水循环泵2.流注吸高显著降低的泵：货油泵3.吸入液面真
12、空度较大的泵：凝水泵预防措施：()提高ha；减小hr；用抗汽蚀材料制造叶轮，提高光洁度管理中的措施：()降低温度；减小吸高或增加流注高度；减小吸入阻力(清洗滤器)；关小排出阀(不能关小吸入阀)或降低转速减小流量。2.2.42.2.4离心泵的安装高度离心泵的安装高度汽蚀现象是有害的，必须加以避免。从上面的分析可知，泵的安装高度不能太高，以保证叶轮中各处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压。我国的离心泵规格中采用下述两种指标来表示泵的吸上性能，下面简述其意义，并说明如何利用该指标来确定泵的不致与发生汽蚀现象。2.2.42.2.4离心泵的安装高度离心泵的安装高度 （2）最大安装高度 、最大允许安装高度 与
13、实际要安装的高度 时发生汽蚀现象，此时的安装高度最大=由泵的厂家提供，故可以计算。 为安全起见，通常是将减去一定量作为安装高度的上限，称为最大允许安装高度称为必需汽蚀余量，。对照解题指南P182式（11-18）可知：=（称为允许汽蚀余量）2.2.42.2.4离心泵的安装高度离心泵的安装高度a.吸入管路应短（靠近液源）而直（少拐弯）；b.吸入管路应省去不必要的管件，调节阀应装在排出管路上；c.吸入管径大于排出管径。（3）临界汽蚀余量与必需汽蚀余量可通过实验测定，不是改变发生汽蚀，而是设法在泵的不变的条件下逐次降低（例如关小吸入管路中的阀），当泵内刚较正常值下降3%作为发生汽蚀的标志）时测取由上式
14、计算，+安全余量，列在泵的好发生汽蚀（以泵性能表上。2.2.42.2.4离心泵的安装高度离心泵的安装高度 为安全，实际安装高度注意：允许汽蚀余量的校正。2.2.42.2.4离心泵的安装高度离心泵的安装高度泵性能表上列出的值也是按值应按下输送20oC的清水测定出来的，当输送其它液体时，式校正。式中 输送其它液体时的允许汽蚀余量，m； 校正系数，为输送温度下液体的密度与饱和蒸汽压的函数，其值小于1。与有关，因此在确定时必须使用过程可能达到的最大流量进行计算。，应尽可能使。措施：2.2.42.2.4离心泵的安装高度离心泵的安装高度值可由有关手册查得，但通常1，则按计算的允许安装高度,故为简便起见，也
15、可不校正，而把它作为外加的安全因数。（4）由允许吸上高度（真空度）求安装高度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。当当p1 小于一定值后小于一定值后(p1pv, pv 为环境温度下液体的饱和为环境温度下液体的饱和蒸汽压蒸汽压)，将发生，将发生气蚀现象气蚀现象。pv100 =760mmHg, p pv v 40=55.32mmHg=55.32mmHg五、五、 离心泵的安装高度和气蚀现象离心泵的安装高度和气蚀现象1 气蚀现象气蚀现象为避免发生气蚀现象，应限制为避免发生气蚀现象，应限制p p1 1不能太低，不能太
16、低，或或H Hg g不能太大，即泵的安装高度不能太高。不能太大，即泵的安装高度不能太高。安装高度安装高度Hg的计算方法一般有两种：的计算方法一般有两种：v允许吸上真空高度法；允许吸上真空高度法；v气蚀余量法。气蚀余量法。2 2 安装高度安装高度允许吸上真空高度允许吸上真空高度H Hs s泵入口处压力泵入口处压力p1所允许的最大真空度。所允许的最大真空度。 mH2OHs与泵的结构、液体的物化特性等因素有关。与泵的结构、液体的物化特性等因素有关。一般，一般， Hs 57 mH2O.（2-82-8）式中式中 p pa a大气压，大气压，N/mN/m2 2 被输送液体密度，被输送液体密度，kg/mkg
17、/m3 3Hgp01100如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？如何用允许吸上真空高度确定泵的安装高度？H Hg g 泵的安装高度；泵的安装高度；u u2 2/2g/2g 进口管动能；进口管动能；H Hf f 进口管阻力进口管阻力; ;H Hs s 允许吸上真空高度，由泵的生产厂家给出。允许吸上真空高度，由泵的生产厂家给出。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为基准面，在两截为基准面，在两截面间柏努利方程，可得面间柏努利方程，可得若贮槽为敞口，则若贮槽为敞口，则p p0 0为大气压为大气压p pa a，则有则有（2-92-9）（2-102-10） 泵
18、制造厂只能给出泵制造厂只能给出H Hs s值，而不能直接给出值，而不能直接给出H Hg g值。值。因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也因为每台泵使用条件不同，吸入管路的布置情况也各异，有不同的各异，有不同的u u2 2/2g/2g 和和H Hf f 值，所以，只能由使值，所以，只能由使用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定用单位根据吸入管路具体的布置情况，由计算确定H Hg g。问题问题：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？：泵制造厂能直接给出泵的安装高度吗？Hs=Hs(Ha10)(Hv0.24) (2-11)式中式中 Hs操作条件下输送水时允许吸上真空高度，操作条件下输送水时允许
19、吸上真空高度，mH2O；Hs泵样本中给出的允许吸上真空高度，泵样本中给出的允许吸上真空高度，mH2O； Ha泵工作处的大气压，泵工作处的大气压，mH2O； Hv泵工作温度下水的饱和蒸汽压，泵工作温度下水的饱和蒸汽压，mH2O； 0.24实验条件下水的饱和蒸汽压，实验条件下水的饱和蒸汽压，mH2O。原因原因：在泵的说明书中所给出的：在泵的说明书中所给出的Hs是大气压为是大气压为10mH2O，水温水温为为20状态下的数值。如果泵的使用条件与该状态不同时，则状态下的数值。如果泵的使用条件与该状态不同时，则应把样本上所给出的应把样本上所给出的Hs值，按下式换算成操作条件下的值，按下式换算成操作条件下的
20、Hs值。值。 泵允许吸上真空高度的换算泵允许吸上真空高度的换算泵泵安安装装地地点点的的海海拔拔越越高高，大大气气压压力力就就越越低低，允允许许吸吸上上真空高度就越小。真空高度就越小。输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，输送液体的温度越高，所对应的饱和蒸汽压就越高，这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。这时，泵的允许吸上真空高度也就越小。海拔高度海拔高度，液体温度，液体温度Hg不同海拔高度时大气压力值可查表。不同海拔高度时大气压力值可查表。2.2.气缚现象：气缚现象：若泵体内存有空气，由于空气液，所以产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，叶轮空转,这种现象称为气缚,达不到输液目的。因此,泵启动前要预先向泵壳和吸入管道灌液.
