离心泵汽蚀性能的数值分析

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离心泵汽蚀现象分析及控制

第６期
离心泵汽蚀现象分析及控制
４１
离心泵汽蚀现象分析及控制
吴胜军
（北京航天万源煤化工工程技术有限公司兰州分公司，甘肃兰州，３００７０５）
摘要
利用离心泵叶轮内汽蚀两相流基本理论，分析了离心泵发生汽蚀的原因及其危害。通过汽蚀
ＰｇｚｇＰｇ
（）１
式中：—— 泵的转速，／ｎｎｒｍｉ；ｖ —— 泵的设计流量，／ｎｄｍ３ｍｉ；
广泛应用于化工生产之中，化工生产的正常运行对起着至关重要的作用。在离心泵的性能参数中，效率指标和汽蚀余量是代表离心泵技术水平的两个重要性能参数。效率指标与汽蚀余量两个性能参数相互联系、相互矛盾，效率指标偏高时，蚀余量将当汽会降低［由于过分追求效率指标，往牺牲了汽。往
蚀余量指标，以有必要对此进行深入的分析和研所究，采取有效的控制措施预防汽蚀现象发生。
撞击锤撞击金属表面，造成金属表面的浸蚀。实测结果表明，种水击可使局部压力高达５０ｇ这０ｋ／
ｃ２３ｌｍ［
。
２汽蚀的危害
２１产生振动和噪音．
离心泵发生汽蚀时，泡进入高压区后会迅速汽
缩小并破裂，围液体质点将高速填充空穴，生周发

离心泵的气蚀余量

离心泵的气蚀余量（最新版）目录1.离心泵气蚀余量的定义2.气蚀余量的重要性3.气蚀余量的计算方法4.气蚀余量的应用和影响因素5.离心泵气蚀余量的注意事项正文一、离心泵气蚀余量的定义离心泵气蚀余量是指离心泵在运行过程中，泵入口处液体所具有的总水头高出液体汽化压力的部分。

它也被称为净正吸上水头，用 npsh（net positive suction head）表示，国内用 h 表示。

气蚀余量是衡量离心泵抗汽蚀能力的重要参数，能够有效地防止泵的汽蚀现象。

二、气蚀余量的重要性气蚀余量对于离心泵的运行至关重要。

如果气蚀余量不足，液体在泵入口处就会发生汽蚀，导致泵性能下降，噪音增大，严重时可能损坏泵。

因此，保持足够的气蚀余量是确保离心泵正常运行的关键。

三、气蚀余量的计算方法气蚀余量的计算方法通常根据泵的吸入压力、操作温度、介质密度等因素来确定。

常见的计算公式为：h = (p - ρgh) / (ρ - ρ汽)其中，h 为气蚀余量，p 为泵入口处的绝对压力，ρ为液体密度，g 为重力加速度，h 为液体汽化压力。

四、气蚀余量的应用和影响因素气蚀余量在离心泵选型、设计和运行过程中具有重要作用。

在选型时，需要根据输送介质的特性和泵的工况条件，选择具有合适气蚀余量的泵。

在设计时，需要根据泵的工作条件，合理确定泵的结构和参数，以保证足够的气蚀余量。

在运行过程中，需要根据泵的实际工况，调整泵的运行参数，确保气蚀余量满足要求。

气蚀余量的影响因素主要有：液体的物理性质（如密度、粘度、汽化压力等）、泵的结构和参数（如叶轮形式、叶片数、泵转速等）、泵的运行条件（如吸入压力、流量、温度等）等。

五、离心泵气蚀余量的注意事项为确保离心泵的正常运行，应注意以下几点：1.选择合适的泵：在选型时，应根据输送介质的特性和泵的工况条件，选择具有合适气蚀余量的泵。

2.合理设计：在设计时，应根据泵的工作条件，合理确定泵的结构和参数，以保证足够的气蚀余量。

论离心泵的汽蚀现象科学分析及处理措施

论离心泵的汽蚀现象科学分析及处理措施摘要从离心泵的实际工作过程来看，产生汽蚀现象是非常普遍的问题，为了预防汽蚀现象的出现，首先要对离心泵的工作原理有一定的了解，并且要分析汽蚀现象产生的原因，才能够采取针对性的处理措施。

文章主要对离心泵在工作过程中产生汽蚀问题的原因进行分析，并且对预防汽蚀现象的处理措施提出一定的看法。

关键词离心泵；汽蚀现象；处理措施1 离心泵工作原理以及汽蚀现象产生原因离心泵是一种在生产中得到广泛应用的液体传输装置，主要的工作原理则是借助高速旋转的叶轮去带动液体产生足够离心力，进而实现液体的传送目的[1]。

在离心泵运转之前，首先要往进水管与离心泵中灌满水，当离心泵的叶轮开始高速旋转时，则会带动泵内的水一同高速旋转，液体则会从入口高速通过到出口。

在强大的离心力作用下，压力与速度都会增加，液体被排除的过程也正是速度能与压力能转换的过程，此时叶轮中心的液体与吸入泵内的液体形成压力差，进而使得离心泵能夠保证液体从入口到出口的正常传送。

在离心泵的工作过程中，叶轮处于高速旋转状态，此时储存在泵内的液面与入口处的压面形成压强差，而当吸入液体的饱和蒸汽压Pv比叶轮入口处的最低压力Pk要大时，吸入的液体则会在叶轮入口处出现气化现象，进而叶轮入口处会堆积大量气泡，倘若气泡的气化压力比液体压力要小，那么叶轮入口处的液体会出现撞击现象，而离心泵内局部压力的增大会严重影响液体的正常传送，而且频繁而又猛烈的撞击会对过流部件造成严重的损坏。

这种因液体的气化、凝结而形成的高频率冲击负荷，对金属表面造成腐蚀、损害的现象也即是汽蚀现象，其形成机理可参考下图1所示。

2 汽蚀现象所带来的危害2.1 汽蚀现象会影响离心泵的使用性能汽蚀现象对离心泵使用性能所造成的影响是长期累积的结果，也正是因为汽蚀现象的发生初始时期对离心泵使用性能的影响并不明显，因此难以发现其存在，而往往当察觉到汽蚀现象的存在时，实际上其已经对离心泵的工作部件造成了一段时间的破坏，大量的气泡溃灭将离心泵的传送通塞堵塞，其工作效率、扬程、流量都会察觉到非常明显的影响，通过对离心泵的性能曲线进行描绘（如图2所示），从中可以看出汽蚀现象对离心泵的使用性能会有明显的制约。

离心泵汽蚀余量理论分析与数值模拟

【摘要】对离心泵在工况变化时的汽蚀特性进行了研究，讨论流量与汽蚀余量（ＮＰＳＨｒ）之间的函数关系。首先对流量与离
心泵汽蚀余量变化规律及函数关系进行了理论分析。其次通过ＣＦＤ数值模拟离心泵在流量变化时叶轮内部流场，研究了离心
泵汽蚀性能随流量的变化规律。最后通过离心泵汽蚀性能试验验证了离心泵汽蚀余量与流量的函数关系。结果表明：离心泵汽
个重要的物理量一泵汽蚀余量（ＮＰＳＨｒ），其表征为了保证泵不发
生汽蚀，要求在泵进口处单位重量液体具有超过汽化压力的富余能量，在此定义：
ＮＰＳＨｒ丢２ｇ堕２ｇ（、１）
一一
叶片进口稍前的绝对速度；
图２叶片Ｋ处速度三角形
叶片，叶片还不能完全控制相对速度的方向，绝对速度的方向与之前液体的流动方向相同，即＝．
由此可得：
，其速度三角形为图２所示，
引起其他参数的变化，因此分析泵汽蚀余量与流量的之间的规律即可
得到离心泵工况变化汽蚀性能的变化规律。
由ＮＰＳＨｒ的定义式（Ｉ）可知，ＮＰＳＨｒ与离心泵叶轮进口处的
，
麻＝ √ ｛４Ｑ／［仇万（一）］）＋（刀ｄｋ／６０）（）
将公式（４）、（７）代入叶片进口压降系数＝（１ｗ０）一１
（）一１：
Ｗｏ
相对速度，绝对速度构成，绝对速度可以分解为圆周
水能经济
离心泵汽蚀余量理论分析与数值模拟

离心水泵汽蚀的分析及改善措施

ＮＰＳＨａ＝Ｐｃ／Ｐｇ＋ｈｇｈｃ — — Ｐｓ／Ｐｇ
式中Ｖ＿０一叶片进口前的绝对速度ｗＯ一叶片进口前的相对速度＾一叶片进口压降系数３．３防止发生汽蚀的措施改善泵的吸人性能，提高泵抗汽蚀性能的措施，可以从提高装置汽蚀余量ＮＰＳＨａ，降低泵汽蚀余量ＮＰＳＨｒ及其它的措施着手研究。（１）提高装置汽蚀余量的措施 ①减小进水管路阻力损失。吸入管路内的液体流速不能选取太高。一般情况下，阻力损失与流体速度的平方成正比，所以在允许增大管道直径的情况下，尽量降低吸人管路内液体的流速。降低阻力损失的另一种措施是尽量去掉不必要的局部阻力装置，如阀门、弯头和附件等。 ②减小泵的安装高度ｈｇ（或增加几何倒灌高度）。 ③提高泵的人口压力。例如装置诱导轮，诱导轮装设在首级叶轮前，它类似于轴流泵的叶轮，液体通过诱导轮后压力升高。增压后的液体流人泵首级叶轮，由于装置汽蚀余量的提高，叶轮一般不太会发生汽蚀。诱导轮本身应该有较大的通流面积，较少的叶片数（一般取２～３片）和较小的轮毂直径，这样诱导轮本身就有较好的抗汽蚀性能。（２）降低泵汽蚀余量的措施 ①首级叶轮采用双吸式；采用双吸式叶轮在这里并不是为了增加流量，而是使叶轮人口的液体流速降低一半所以采用双吸式能够降低泵汽蚀余量。 ②降低叶轮人口部分液体的流速；叶轮人口部分液体流速如能降低，则泵汽蚀余量亦能下降从而提高泵的抗汽蚀性能。其方法有二：一是增大叶轮人口直径；二是增大叶轮叶片进口的宽度。 ③选择适当的叶片数和冲角叶片数不能太多否则容易在叶轮的叶片进口处造成阻塞，使流速增加，压力降低，泵汽蚀余量增大。选择恰当的正冲角，泵的效率基本不受影响，而且有利于提高泵抗汽蚀性能。 ④叶片在叶轮人口处延伸布置；适当增大叶轮前盖板处液流转弯半径；防止长时间在大流量下运行；前盖板板转弯半径处，液流由于质性的缘故容易造成脱流。而增大前盖板的转弯半径，能减小脱流，降低局部阻力损失。对泵抗汽蚀是有利的。（３）提高抗汽蚀的其它措施由于受到使用、安装条件的限制，有些泵较容易产生气泡，造成汽蚀。因此，采用抗汽蚀性能好的材料作叶轮或过流部件，可大大提高泵的使用寿命。（４）在运行过程中防止泵汽蚀的措施泵发生汽蚀时，应把流量调小或降速运行；泵在日常运行中应时时关注运行参数，定期检修水泵，及时清除吸水口侧流道德污垢，提高水泵检修质量，恢复其通流能力。４结论随着工业和科技的不断发展水泵成为给排水工程中关键的设备，汽蚀的发生直接影响其使用寿命。避免水泵发生汽蚀除了在设计、安装和运行中采取以上措施外，还应该加强日常的管理，定期检修，需要我们在生产实践中、工作和学习过程中不断的摸索和探

离心泵的汽蚀6

6 离心泵的汽蚀6．1泵内汽蚀液体在某一温度下都有一个饱和蒸汽压力。

液体的温度不同时，其饱和蒸汽压力亦不同。

由表6-1可知，水温20℃时，饱和蒸汽压力p v = 2.334×103Pa。

此时，倘若水的压力低于饱和蒸汽压力，则水就会汽化。

另外，如水的压力为2.334×103Pa，而水温升高至20℃，水同样也会汽化。

表6-1 水温和饱和蒸汽压力关系下面以水泵为例来讨论泵内的汽蚀。

泵在运转时，从水池里吸水，水沿着吸水管进入吸入室，然后流入叶轮。

水流在流动过程中，由于速度的增加、势能的提高及克服流动阻力，水流的压力越来越低。

若然水流流到泵叶轮进口某一位置时，水流的压力已经下降至水的饱和压力，则水流汽化。

同时，原来溶解于水中的气体亦同时逸出，形成蒸汽、气体泡。

这些充满着蒸汽和气体的空泡很快胀大，并随着水流向前运动。

水流到达压力较高的地方时，充满着蒸汽和气体的空泡迅速凝缩、溃灭。

空泡溃灭时，水以高速填补空泡的位置，在空泡中心形成微射流，射流速度达100m／s，甚至高达300m／s，水流彼此发生了撞击，形成了局部水击，压力可达数千万帕。

空泡胀得越大，它凝缩、溃灭时引起的局部水击压力亦越高。

根据高速摄影，空泡从生长至完全破灭，整个过程历时约0.003～0.005s。

所以局部水击压力升高的作用频率亦是很高的，每秒为600～1000次，甚至可高达25000次。

这种现象如发生在过流部件的固体壁上，则使过流部件损坏。

泵内汽蚀对泵的运行将产生影响，威胁泵的正常运转。

泵汽蚀时，产生噪声与振动，这是由于气泡的突然破裂造成的，泵越大噪声与振动也越大。

泵组的振动又会促使空泡的发生与溃灭，两者的相互作用有可能引起汽蚀共振。

汽蚀时，过流部件受到腐蚀疲劳损坏。

泵在汽蚀工况下运转，空泡破灭时产生的高压力，频繁地打击在过流部件上，使材料受到疲劳，产生机械剥蚀。

同时，逸出的气体中的氧气，藉助空泡凝缩时放出的热量，对材料产生化学腐蚀。

离心泵的气蚀余量

离心泵的气蚀余量摘要：I.离心泵气蚀余量的概念- 气蚀现象的定义- 气蚀余量的定义和作用II.离心泵气蚀余量的计算- 必需汽蚀余量和有效汽蚀余量的区别- 计算公式及其参数含义III.离心泵气蚀余量的影响因素- 液体性质- 泵的安装高度和进出口压力- 泵的类型和结构IV.防止离心泵气蚀的方法- 选择合适的泵型- 采取相应的设计措施- 调整泵的运行参数正文：离心泵的气蚀余量是指在特定条件下，液体在泵内产生汽蚀时，泵所需具备的最低吸入压力。

气蚀余量是离心泵运行中一个重要的参数，直接影响到泵的性能、效率和寿命。

离心泵气蚀余量的计算较为复杂，需要考虑多种因素。

其中，必需汽蚀余量是指在标准条件下，泵能够正常吸入液体的最小压头；有效汽蚀余量则是在实际工况下，泵能够克服液体汽蚀所需的最低压头。

两者的区别在于，必需汽蚀余量是基于标准条件下的计算，而有效汽蚀余量则考虑了实际工况下的影响。

影响离心泵气蚀余量的因素包括：1.液体性质：液体的密度、粘度、饱和蒸汽压力和温度等性质，都会对气蚀余量产生影响。

一般来说，密度越大、粘度越小、饱和蒸汽压力越低的液体，其气蚀余量越大。

2.泵的安装高度和进出口压力：泵的安装高度和进出口压力的大小关系，直接影响到泵的吸入压头。

当泵的安装高度增加或进出口压力降低时，泵所需的气蚀余量也会相应增大。

3.泵的类型和结构：不同类型的离心泵，其气蚀余量也不同。

例如，蜗壳泵的气蚀余量较小，而螺旋泵的气蚀余量较大。

此外，泵的结构和叶片的设计，也会影响到气蚀余量的大小。

为了防止离心泵气蚀，可以采取以下方法：1.选择合适的泵型：根据实际工况，选择具有较大气蚀余量的泵型，以降低气蚀现象的发生。

2.采取相应的设计措施：通过优化泵的结构和叶片设计，提高泵的抗气蚀性能。

3.调整泵的运行参数：合理调整泵的流量、扬程、进出口压力等参数，以降低气蚀余量，提高泵的运行效率和寿命。

总之，离心泵的气蚀余量是一个关键参数，对泵的性能和寿命具有重要影响。

离心泵的汽蚀现象及调节方式分析

一、离心水泵的汽蚀现象离心泵的汽蚀现象是指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处(实际为叶片入口处的)的压力而部分汽化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降，显然，汽蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。

避免汽蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。

二、离心水泵的安装高度Hg允许吸上真空高度Hs是指泵入口处压力p1可允许达到的最大真空度而实际的允许吸上真空高度Hs值并不是根据式计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。

位应注意的是泵样本中给出的Hs值是用清水为工作介质，操作条件为20℃及及压力为1.013×105Pa时的值，当操作条件及工作介质不同时，需进行换算。

(1)输送清水，但操作自吸泵条件与实验条件不同，可依下式换算Hs1=Hs+(Ha-10.33)-(Hυ-0.24)(2)输送其它液体当被输送液体及反派人物条件均与实验条件不同时，需进行两步换算：第一步依上式将由泵样本中查出的Hs1;第二步依下式将Hs1换算成H?s2汽蚀余量Δh对于油泵，计算安装高度时用汽蚀余量Δh来计算，即用汽蚀余量Δh由油泵样本中查取，其值也用20℃清水测定。

若输送其它液体，亦需进行校正，详查有关书籍。

从安全角度考虑，泵的实际安装高度值应小于计算值。

又，当计算之Hg为负值时，说明泵的吸入口位置应在贮槽液面之下。

例2-3某离心泵从样本上查得允许吸上真空高度Hs=5.7m。

已知吸入管路的全部阻力为1.5mH2O，当地大气压为9.81×104Pa，液体在吸入管路中的动压头可忽略。

试计算：(1)输送20℃清水时泵的安装;(2)改为输送80℃水时泵的安装高度。

解：(1)输送20℃清水时泵的安装高度已知：Hs=5.7mHf0-1=1.5mu12/2g≈0当地大气压为9.81×104Pa，与泵出厂时的实验条件基本相符，所以泵的安装高度为Hg=5.7-0-1.5=4.2m。

螺旋离心泵的汽蚀性能分析

6 吸入
．
7
．
螺旋段
离心段
为泵进
口
s
处的压力
日
为泵进
处以水柱计的真空
收稿日期
：
2008 06
一
一
03
[ 二] 至Ⅱ 二
表读数。
汽蚀比转速计算公式如ｊ（弋５）
Ｃ～５．２ｎ￣６／Ｑ
—
３螺旋离心泵的汽蚀余量计算
与一般离心泵一样，螺旋离心泵汽蚀余挝的汁箅式见式（）２。
（）５
ＮＰｓＨ４
驺５
带人试验汽蚀余量，经计算ＣＩ１。町以看出此螺旋＝３３
等
其中入（Ｗ一ｌ＝ｋ）
０
）
（）３
离心泵具有优良的抗汽蚀性能。
５螺旋离心泵的汽蚀模拟及抗汽蚀性分析［３］
，
验证了计算值蚀的部位
。
采用 F lu e
n
t
软件
选用标准 k
，
一
￡
模型和汽蚀模型
，
对螺旋离心泵的汽蚀过程进行了模拟
，
找
从泵汽蚀基本方程出发
。
通过对螺旋离心泵的结构进行分析
指出其汽蚀部
的作用和其具有优良的抗蚀性能关键词
存试验的基础上，使刚Ｆｕｎ软件采刚多旋转坐标系ｌｅｔ模型和标准ｋｅ模型，加入了汽蚀模型，对螺旋离心泵的－内部流场进行了模拟，见图３。

双吸离心泵汽蚀性能的数值分析与试验研究

发生时各个工况点叶片上压力分布情况。从图 3 可看出，随着装置汽蚀余量 NPSHa 的减小，叶片面上对应位置的压力相应降低；对应某一 NPSHa 值工况下，在
d) NPSHa为2.8 m 图 3 叶片上压力分布
·933.2.3 叶轮内部空泡分布图 4 为汽蚀开始发生、临界汽蚀点与汽蚀严重发
［4］ ZHU B，CHEN H X.Cavitating suppression of low specific speed centrifugal pump with gap drainage blades［J］.Journal of hydrodynamics，2012，24(5)：729-736.
模拟。分析了汽蚀初生、临界汽蚀与严重汽蚀时 3 个工况点的叶轮内汽蚀规律，获得了叶片面上压力与叶轮流道内空泡
分布图。通过试验研究，揭示了离心泵数值模拟与试验的汽蚀、无汽蚀性能曲线变化趋势一致，误差保持在 8%内，验
证了数值计算的可靠性，为离心泵的设计与优化提供了有益的参考。
关键词：离心泵；汽蚀；数值模拟；试验
生时各个工况点叶轮内部空泡分布情况。
a) NPSHa为6.2 m
b) NPSHa为4.8 m
c) NPSHa为3.6 m
d) NPSHa为2.8 m 图 4 叶轮内空泡分布
从图 2 与图 4 可看出：装置汽蚀余量由 6.2 m 不断下降到 4.8 m，汽蚀正处于开始发生阶段，由于受叶片进口角的影响，空泡仅发生在叶片进口吸力面一个较小的低压区域上，然 ·94·
90 70
各个叶片面上，从叶片进口到出口，由于受叶片进口绕流与叶片对水流做功的影响，压力先降低到某一最小值后又开始上升，直到叶轮出口处压力达到最大值。叶片压力面上最小压力值高于吸力面上最小压力值，压力面上低压区面域较小，而吸力面的低压区面域则较大，因此叶片吸力面的压力梯度较大，在叶轮吸力面的进口处存在压力最低点，容易发生汽蚀现象，其是由于该处半径大于进口其他处，引起圆周速度较大，依据速度三角形可知相对速度也相应较大，进口压力损失和绕流导致的压降相应增加。

离心泵吸上真空高度和汽蚀余量分析

三汽蚀余量法
使用地点的大气压 [Hs] 使用不便
吸入管路中的阻力
输送液体的性质和度
泵汽蚀性能的参数
汽蚀余量，符号NPSH 有效汽蚀余量NPSHe 必须汽蚀余量NPSHr
1、有效汽蚀余量NPSHe
实践证明，同一台泵使用不同的吸入装置是否发生汽蚀也不同按照泵吸入装置情况确定的汽蚀余量称为有效汽蚀余量NPSHe
一定工况下，速度水头和流动损失都是定值
几何安装高度HB 决定吸上真空高度Hs
2 1
Hs达到某一数值时，泵内发生汽蚀，该数值称为泵的最大吸上真空高度，用符号Hsmax表示 Hsmax由泵的制造厂通过试验确定减去0.3m 允许吸上真空高度，用符号[Hs]表示
2 v1 Hs = HB + +∑ hw 2g
p1 v12 pv NPSH e = + γ 2g γ
Hs=Hsmax水泵发生汽蚀，所以NPSHe＝ NPSHr＝NPSHmin p a p v v12 H smax = + - NPSHmin γ γ 2g 2
pa p v v1 H s = - + - NPSHe γ γ 2g
p a p v v12 [H s ] = + - [NPSH] γ γ 2g
3、允许汽蚀余量[NPSH]
[NPSH] c [NPSHr] [NPSHe] Qmin Qc Q
NPSHe与NPSHr两条曲线的交点c称为水泵的临界工作点 c点对应的流量称为临界流量Qc
泵不发生汽蚀，必须保证 Q<Qc，这时NPSHe> NPSHr
Q过小，会使液体T随时间升高，以至相应的NPSHr增加，因此必须使Q>Qmin
液体在泵的入口处应保留一定的能量余量，即NPSHr

离心泵汽蚀性能实验

离心泵汽蚀性能实验一、实验目的1、熟悉汽蚀实验台的机电设备和测量仪器。

2、掌握汽蚀实验方法。

3、通过汽蚀实验，加深对离心泵汽蚀现象及汽蚀特性的认识。

4、了解和掌握计算机辅助实验的原理、方法、过程和实验结果的分析。

二、实验装置实验装置与性能实验相同，只是在水罐上接了一个真空泵，由于真空泵的抽真空，降低泵入口的压力，直到压力低于水的饱和蒸汽压，发生气蚀。

其它测量仪表与性能实验相同。

一、水泵汽蚀实验中的参数测量1、转速的测量转速有转速数字显示仪直接读得主轴每分钟转速；2、流量的测量涡轮流量变送器输出频率信号，经过转换器，频率信号变成标准的电流信号送入显示器显示流量。

3、扬程H的测量由出口压力表和进口压力表的读数以及进，出口的高度差，进出口的流速，可以求得扬程H.二、汽蚀特性实验1、实验方法及步骤本实验按照国际GB3216-82方法进行，各实验小组可以在分别选定流量下，进行测量与计算，读出在一定流量下，泵的有效余量（NPSH）a与扬程的关系，其具体操作方法和步骤如下：（1）调节泵出口阀，使阀门处于微开状态。

（2）完全打开进水阀，使泵内充满水。

（3）转动泵轴，使其能自由转动。

（4）启动电机：把空气断路器合上以后，按一下磁力启动器的启动按钮，打开水泵得出水阀，检查泵是否打水。

（5）泵正常打水后，打开仪表开关。

再将出水阀门开至某一选定流量Q，按一下真空泵的启动按钮，水罐中的空气被真空泵吸出，水泵入口压力变小，记录泵进口，出口压力，转速，流量，功率等数据。

（6）关小水罐空气进口阀，使水泵入口压力继续减小，记录测量数据（注意保证流量为常数）。

（7）在不同真空度下稳定运行后，记录所有的测量值，在H\W等开始下降的附近，应多设几点，以保证临界气蚀余量（NPSH ）c 的准确测定。

（8）测量完毕后，打开水罐空气进口阀，使罐内压力为常压，将出口阀门关至微开状态，按一下电磁开关的停止按钮，使泵停止工作，并切断水泵电源的空气断路器。

3.5离心泵的气蚀

3-5-4 防止汽蚀的措施
船舶辅机−第3章离心泵 [Centrifugal. Pump]
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. 吸入液面真空度较大的泵：凝水泵预防措施：(★★★★) ①提高∆ha；②减小∆hr；③ 用抗汽蚀材料制造叶轮，提高光洁度管理中的措施：(★★★★) ①降低温度；②减小吸高或增加流注高度；③减小吸入阻力(清洗滤器)； ④关小排出阀(不能关小吸入阀)或降低转速减小流量。
汽蚀余量是指泵人口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，用∆h表示。汽蚀余量又有有效汽蚀余量∆ha 必需汽蚀余量∆hr 有效汽蚀余量∆ 必需汽蚀余量∆ 有效汽蚀余量 ha和必需汽蚀余量 hr之分。 ha—指泵工作时实际所具有的汽蚀余量指泵工作时实际所具有的汽蚀余量， ∆ha 指泵工作时实际所具有的汽蚀余量，取决于泵的吸人条件和液体的P 而与泵无关。于泵的吸人条件和液体的P，而与泵无关。它表示液体在泵进口处水头超出Pv的富裕能量
3-5-2离心泵的汽蚀余量 2
• ∆hr 随Q的增大而增大（p52图3-6），因为Q增大时，液体进泵后的压降也增加。 ∆hr 用汽蚀试验来确定，在试验中逐步增大吸人真空度而得。 • ∆hc—临界汽蚀余量 ∆hr= ∆hc+0.3米
3-5-2离心泵的汽蚀余量 2
• ∆hr 和Hs都是由同样的汽蚀实验得出的用以表示泵吸人性能好坏的性能参数，其性质一样，只是表示方式不同而已。 • 各汽蚀余量关系 • ∆hr= ∆hc+0.3米 • ∆ha=（1+10%）∆hr • 或∆ha-∆hr≥0.5米 • 按规定在离心泵说明书中必须给出汽蚀余量∆hr，

离心泵的汽蚀现象分析及应对措施

1893年，人们确认英国一台驱逐舰螺旋桨的破坏是汽蚀的后果，这就是汽蚀现象的首次发现。

液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生气泡，把这种产生汽泡的现象称为汽蚀。

汽蚀能产生振动和噪音，降低泵的性能，破坏过流部件。

因此，国际标准ISO9006规定离心泵在试验中应进行两个方面的性能测试，一是水力性能测试，另一个就是汽蚀性能测试。

汽蚀性能是反映离心泵产品性能好坏的一个重要指标。

汽蚀产生的过程1、当泵的流量大于设计流量时，液体撞击叶片背面，最低压力部位在叶片进口靠近前盖板的叶片正面上。

2、当泵的流量小于设计流量时，液体在进口撞击叶片正面，最低压力在叶片进口处靠近前盖板的叶片背面上。

气体产生：如液体压力降低到汽化压力或更低时，液体会汽化产生汽泡，还有原来溶于液体现因压力降低而逸出的气体。

气泡破灭：流到高压区，迅速凝结，气体重新溶人液体造成局部真空，四周液体质点以极大速度冲来，互相撞击，产生局部高达几十MPa的压力，引起噪音和振动。

产生过程：低压区→产生气泡→高压区→气泡破裂→产生局部真空→水力冲击→发生振动、噪音，部件产生麻点、蜂窝状的破坏现象。

汽蚀的危害1、使过流部件被剥落破坏汽泡破灭区的金属受高频高压液击而发生疲劳破坏，氧气借助汽泡凝结时的放热，对金属有化学腐蚀作用。

在上述双重作用下，叶轮外缘的叶片及盖板、蜗壳或导轮等处会产生麻点和蜂窝状的破坏。

通常受汽蚀破坏的部位多在叶轮出口附近和排液室进口附近，汽蚀初期，表现为金属表面出现麻点，继而表面呈现沟槽状、蜂窝状、鱼鳞状；严重时可造成叶片穿孔甚至叶轮破裂、酿成严重事故，严重影响了泵的使用寿命。

2、使泵的性能下降汽蚀使叶轮和液体之间的能量传递受到严重干扰。

大量汽泡的存在堵塞了流道，破坏了泵内液体的连续流动，使泵的流量、扬程和效率都明显下降，严重时出现断裂工况。

3、使泵产生振动和噪音汽泡破灭时，液体互相撞击，同时也在撞击金属表面，这样就会产生各种频率的噪音，严重时可听见泵内“劈啪”的声音。

离心泵气蚀性能的数值计算与分析

第３８卷　第１０期２０１０年　１０月　华　中　科　技　大　学　学　报（自然科学版）Ｊ．Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖ．ｏｆ　Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１０　Ｏｃｔ．　２０１０收稿日期：２０１０－０３－２８．作者简介：杨孙圣（１９８５－），男，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｓｕｎｓｈｅｎｇ＠１２６．ｃｏｍ．基金项目：国家科技支撑计划资助项目（２００８ＢＡＦ３４Ｂ１０）．离心泵气蚀性能的数值计算与分析杨孙圣　孔繁余　周水清　王文廷（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）摘要：为了对离心式叶片泵发生气蚀时的内部气－液两相流动进行深入分析，应用计算流体力学（ＣＦＤ）技术对一台比转速为１９１的离心泵的气蚀性能进行了定常数值计算，得到了气蚀发生时泵内部气－液两相分布规律和温度分布规律，并对临界气蚀余量（ＮＰＳＨｃ）时叶轮内部的气泡分布规律进行了探讨，得到了泵在临界气蚀余量时外特性下降的原因；对该实型泵进行了实验研究，实验结果验证了数值计算的准确度．关　键　词：离心泵；气蚀性能；气－液两相流；数值模拟；流体力学中图分类号：ＴＨ３１１文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－４５１２（２０１０）１０－００９３－０３Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ　ｃａｖｉｔａｔｉｏｎＹａｎｇ　Ｓｕｎｓｈｅｎｇ　Ｋｏｎｇ　Ｆａｎｙｕ　Ｚｈｏｕ　Ｓｈｕｉｑｉｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｗｅｎｔｉｎｇ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｆｌｕｉｄ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ　２１２０１３，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄ　ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ　ｆｌｏｗ　ｉｎｓｉｄｅ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃａｖｉｔａ－ｔｉｏｎ　ｏｃｃｕｒｓ，ａ　ｓｔｅａｄｙ　ｓｔａｔｅ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｆｌｕｉｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄ　ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎｓｉｄｅ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙａｄｏｐｔｉｎｇ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｆｌｕｉｄ　ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　ａ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ　ｗｉｔｈ　ｉｔｓ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ　ｂｕｂｂｌｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｎ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｎｅｔ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｓｕｃｔｉｏｎ　ｈｅａｄ（ＮＰＳＨｃ）ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｗｈｙ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｕｒｖｅ　ｄｒｏｐｓ　ａｔ　ＮＰＳＨｃ　ｗａｓ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｐｕｍｐ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄ　ｔｗｏ－ｐｈａｓｅ　ｆｌｏｗ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕ－ｌａｔｉｏｎ；ｆｌｕｉｄ　ｎｅｃｈａｎｉｃｓ在离心泵的设计和使用过程中，其气蚀性能通常是必须考虑的因素之一．在离心泵运行过程中，当叶片泵内部局部位置处的压力低于输送液体气化压力时，就会产生气泡、发生气蚀．当离心泵气蚀时，会引起泵外特性的改变、产生振动噪声以及过流部件的腐蚀破坏［１，２］．因此有必要对离心泵气蚀时气－液两相流进行深入研究．目前对泵内部气蚀进行研究主要有实验和数值计算２种方法．本文应用ＡＮＳＹＳ－ＣＦＸ软件，对一台比转速为１９１的离心泵在设计工况下进行了气蚀性能的数值计算和分析，得到了内部流场气－液两相的分布规律，并对数值计算结果进行了实验验证．１　计算模型采用单级轴向吸入型离心泵，设计流量４００ｍ３／ｈ，转速１　４５０ｒ／ｍｉｎ，扬程１９．３ｍ，比转速１９１．主要水力部件有直锥型吸入室，５扭曲叶片叶轮和螺旋型蜗壳．计算区域由吸入室、叶轮和蜗壳的内部流道３部分组成，为避免进出口速度梯度较大而影响计算结果，对吸入室和蜗壳出口进行了适当延长．应用ＣＦＸ的前处理软件ＩＣＥＭ－ＣＦＤ进行网格划分，吸入室流道采用结构网格划分，网格数为２２３　２６０．由于模型的复杂性，因此对叶轮和蜗壳流道采用核心６面体非结构网格，在曲率半径较小的部位采用了局部加密功能，网格数分别为８２３　２１１和１　０６８　４６０，整个模型的网格总数为２　１１４　９３１．图１为计算区域的网格．图１　计算区域的网格①Ｈｅｌｐ　Ｎａｖｉｇａｔｏｒ，ＡＮＳＹＳ　ＣＦＸ．Ｒｅｌｅａｓｅ　１２．０，ＣＦＸ－Ｓｏｌｖｅｒ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｇｕｉｄｅ．２　数值模拟参数设置湍流模型选用较常用的ＲＮＧ　ｋ－ε湍流模型［３］，气蚀模型为Ｒａｙｌｅｉｇｈ　Ｐｌｅｓｓｅｔ模型①，输送介质为２５℃的清水，温度设为２５℃，水的气化压力为３　１６９Ｐａ．近壁面处选用标准壁面函数，壁面边界条件设为绝热无滑移壁面，壁面粗糙度设为１０μｍ．采用二阶离散格式对计算区域进行离散，计算精度设为高精度，收敛精度设为１×１０－５．由于气泡发生时，液体密度会发生变化，因此将泵内部的流动设为可压缩流动［４］，在计算过程中考虑了热传导．进口边界条件设为总压进口［５］，通过调节进口总压，使泵内部发生气蚀．进口处水的体积分数设为１，气泡的体积分数设为０．出口边界条件设为质量出口以控制模型的流量．通过调节进口压力改变进口的有效气蚀余量，从而控制泵内部气蚀发生程度．叶轮与蜗壳、吸入室交界面用ｆｒｏ－ｚｅｎ－ｒｏｔｏｒ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ连接．３　数值计算结果分析３．１　叶片表面的气泡体积分数与温度分布图２和图３分别是在设计流量下，叶片表面在不同气蚀余量下的气泡体积分数与温度分布．其中ＮＮＰＳＨｃ为计算所得到的泵的扬程下降３％时的气蚀余量［６］，有效气蚀余量按公式ＮＮＰＳＨＡ＝ｐｓ／（ρｇ）＋Ｖ２ｓ／（２ｇ）－ｐｖ／（ρｇ）图２　不同气蚀余量时叶片表面的气泡分布图３　不同气蚀余量时叶片表面的温度分布进行计算，式中：ｐｓ为泵进口处的绝对压力；Ｖｓ为泵进口处的平均速度；ｐｖ这与输送介质温度对应的介质的气化压力；ｇ为重力加速度；ρ为输送介质密度．从图中可以看出，泵内部发生气蚀时，气泡分布在叶片背面局部低压区域，并且在每个叶片表面体积分数分布不是完全对称的；当有效气蚀余量降低时，叶片表面的气泡体积分数逐渐增加，叶片表面的低温区域逐渐扩大．气泡分布在叶片背面是由于该处和进口其他位置相比半径大，因此圆周速度大，相应进口压力损失和绕流引起的压降变大，此外还有液体转弯时离心力效应等因素；由于蜗壳等过流部件的不对称性而使叶片处在不同相位时其表面的压力不同，导致每个叶片表面气泡分布的不对称性；气蚀发生时输送介质气化产生气泡，随着有效气蚀余·４９· 华　中　科　技　大　学　学　报（自然科学版）第３８卷量的降低，泵内部的气蚀发展程度越来越严重，使叶片表面的气泡体积分数逐渐增加；由于液体气化吸热，因此叶片表面发生气蚀的部位温度较低，而且随着气蚀的越来越严重，叶片表面的低温区域会逐渐扩大．３．２　叶轮内部的气泡体积分数图４是设计流量下，临界气蚀余量ＮＮＰＳＨｃ＝３．６１ｍ时，通过ＩＳＯ－Ｓｕｒｆａｃｅ在叶轮内部建立的气泡等体积分数面［７］．从图４可以看出，在临界气蚀余量下，气泡已经占据了叶轮的部分流道，影响图４　临界气蚀余量时叶轮内部的气泡分布了叶轮与液体之间的能量交换，在外特性上表现为扬程、效率、轴功率等的下降．４　数值计算结果对比为了验证数值计算的有效性，按照标准［８］，对该泵进行了气蚀实验．采用闭式试验台进行实验，图５为实验装置示意图．通过真空泵控制吸入口的真空度，使泵发生气蚀，记录进出口压力、水温、轴功率、转速等实验数据．。

泵气蚀参数

泵气蚀参数全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：泵气蚀是一种在液体泵站中发生的现象，即真空泵内所抽真空系统的气体未被抽干净，使泵性能下降，甚至引起泵的损坏。

泵气蚀参数是描述泵气蚀程度的指标，了解和控制泵气蚀参数对于保障泵的正常运行和延长泵的使用寿命至关重要。

泵气蚀参数通常包括气液比、气蚀余量、气蚀系数和气蚀性能曲线等。

气液比是描述泵站内气体和液体相对量的比值。

当气液比大于1时，泵站中存在气蚀现象。

气液比越大，说明气蚀现象越严重。

气蚀余量是指在泵站运行时，气体溶解在液体中能够维持泵站正常工作的最低气液比。

当气液比低于气蚀余量时，就会发生气蚀现象。

气蚀系数是描述泵的气蚀性能的参数，是气液比和气蚀余量的比值。

气蚀性能曲线则是描述泵在不同气液比下的性能特性。

要有效控制泵气蚀参数，首先需要选用合适的泵和系统设计。

应根据泵站的工作流量、扬程、气液比等参数选择适合的泵，以提高泵的抗气蚀能力。

在实际运行中，要保持泵站的密封性和水力平衡，避免漏气和漏液现象。

定期检查和维护泵站的密封部件和排气系统，确保泵站的正常运行。

还需要对泵站的工作条件进行监测和调整，及时发现并解决泵气蚀问题。

在处理泵气蚀问题时，一定要注意避免采取过度的措施。

应灵活运用调整泵站的气液比、调整泵站的工作条件和调整泵站的运行参数等方法，避免因过度处理而导致其他问题的发生。

还应定期对泵气蚀参数进行监测和分析，及时调整和优化泵站的工作方式，以确保泵站的正常运行。

第二篇示例：泵气蚀参数是指在进行泵的设计和运行时，评估泵在正常运行以及在气液两相流状态下所受影响的参数指标。

泵气蚀是指在泵吸水时，水被气体或其他非凝聚性液体替代，从而导致泵的性能下降和损坏。

泵气蚀不仅会影响泵的正常运行，还会降低泵的效率和寿命，甚至引起设备的故障和事故。

对于泵气蚀参数的评估是非常重要的。

泵气蚀参数包括气蚀指数、气蚀余量、气蚀容限等指标。

气蚀指数是描述泵在气蚀状态下的性能衰减程度的指标，通常用来判断泵在气蚀状态下的运行状况。