《泵与风机》第四章—泵的汽蚀

3/ 4 rm

n qV NPSH
3/ 4 r
const
吸入比转速s 中国习惯采用汽蚀比转速c
s
c
n qV NPSHr3 / 4
5.62 n qV NPSHr3 / 4
注意：n－转速，r/min； qV－体积流量，m3/s； NPSHｒ－必需汽蚀余量，m。
无因次汽蚀比转速ks
n qV 2 ks 60 ( gNPSHr ) 3 / 4 c 5.62 n qV NPSHr3 / 4
②比转速是以单吸入叶轮为标准来定义的 ③相似条件:只要求进口几何相似和流动相似 ④换算关系
托马(Thoma)汽蚀系数σ
NPSHrp NPSHrm D1 p n p D n 1m m
2
几何尺寸相似（进、出口） 相似工况下
2 2
NPSHrp NPSHrm
D1 p n p u p Hp D n u Hm 1m m m
w 2 w2 po p w w p k k k 1 o 则：g g 2g g wo 2g
2 k 2 o
2 k 1 令： wo
w
2
从而
2 po pk wo 2 g g 2g
消去几何 尺寸
NPSHrp qVp NPSH q rm Vm

2
np n m
4
4 2 nm qVm 3 3 NPSHrp NPSHrm
2 n 4 qVp p
n p qVp NPSH
3/ 4 rp

nm qVm NPSH
pabm pv vs2 [H s ] [ NPSH ] g g 2 g
则允许几何安装高度
pe pv [H g ] [ NPSH ] hw g g
4.4 汽蚀相似定律及汽蚀比转速
汽蚀比转速c:包括泵的性能参数及汽蚀性能参数的 综合相似特征数，
一. 汽蚀相似定律
若 pe pabm
则
pabm ps vs 2 Hg ( hw ) g g 2g
定义：吸上真 空高度
pabm ps Hs g g
vs Hg Hs hw 2g
最大（临界）吸上真空高度 Hs,max： 发生断裂工况时的吸上真空高度 允许吸上真空高度 [Hs]： [ H s ] H s ,max 0.3 m
4.2 吸上真空高度
一.几何安装高度Hg 是影响泵入口压力的一个重要参数 中小型泵
大型泵
二.允许吸上真空高度 [Hs] 泵样本上的性能指标,确定几何安装高度Hg
pe ve 2 ps vs 2 H g hw g 2g g 2g
pe ps vs 2 Hg ( hw ) g g 2g
(1)汽蚀界限点C; NPSHa=NPSHr 即：pk=pv (2)C点左边,安全区
NPSHa＞NPSHr
pv g 2 g g ps vs2 pk NPSHr g 2 g g
即：pk＞pv (3)C点右边,汽蚀区 NPSHa＜NPSHr 即：p ＜p k v (4)由实验求的临界汽蚀余量NPSHc
A式
o-o与s-s截面的伯努利方程
2 ps vs2 po vo Zs Zo hw( s o ) g 2 g g 2 g
Zo Z s hw( s o )
2 po ps vs2 vo 则： g g 2 g 2 g 0
带入A式
2 2 ps vs2 vo pk wo 可得： 2 g 2 g 2 g g 2g
pabm ps Hs g g
汽蚀发生条件：NPSHa=NPSHc,且Hs=Hs,max，从而
H s， max pabm pv vs2 NPSHc g g 2 g vs2 因： [ H g ] [ H s ] hw 2g
用允许汽蚀余量[NPSH] 代入上式,可求得允许吸上真空高度
二.必需汽蚀余量NPSHr
泵本身的汽蚀性能确定的
ps vs2 pk NPSHr g 2 g g
影响压力下降的因素 1)流动损失； 2)截面积变化导致的速度变化； 3)转弯引起的绝对速度变化； 4)绕流引起的相对速度分布不均；
几点说明：
(2)NPSHr越小越好。
ps vs2 pk NPSHr g 2 g g
[ H s ] [ H s ] 10.33 H amb 0.24 H v
'
vs 2 [H g ] [H s ] hw 2g
[ H s ]' [ H s ] 10.33 H amb 0.24 H v [ H s ] 7 10.33 9.7 0.24 0.752
(5)允许汽蚀余量NPSH。[ NPSH ] NPSH K c
[ NPSH ] (1.1 1.3）NPSHc
K=0.3
四. 汽蚀余量NPSH与吸上真空高度Hs的关系
NPSHa ps v p v g 2 g g
2 s
ps vs2 pv NPSHa g 2 g g pabm pv vs2 Hs r ↑，则pk↓ 。 (3)必需汽蚀余量的定义式 o-o与k-k截面的伯努利方程
2 2 2 2 po wo uo pk wk uk Zo Zk hw( o k ) g 2g g 2g
Zo Zk uo u k hw( o k ) 0
(1)pe,Hg和水温不变时，流量↑，导致hw↑，则 NPSHa↓,流量增加发生汽蚀可能增大。 (2)水温↑，pv↑，则NPSHa↓，发生汽蚀可能性大。 (3)泵倒灌时
pe pv NPSHa g H g hw g
(4)吸入液面为汽化压力时 即： pe pv 吸入液面为汽化压力时，泵一定要倒灌安装 此时： NPSHa H g hw (5)NPSHa越大越好。
由于汽化产生气泡，气泡进入高压区破裂，引发 周围液体高频碰撞而导致材料受到破坏的全部过程。
(2)汽蚀对泵造成的影响
a.对流道的材料的破坏 b.产生噪声和振动 c.造成泵性能的下降
低比转速，影响大 流道窄而长 高比转速，影响小 流道宽而短
4.1 汽蚀现象及其对泵工作的影响
(3)汽蚀的机理 汽蚀核子理论 表面张力的影响
2 2 vo wo NPSHr 1 2 2g 2g
进口几何相似， 在相似工况下
1 p 1m 2 p 2 m
NPSHrp NPSHrm

(v w ) (v w )
2 o 2 o
2 o p 2 o m

u u
2 1p 2 1m
D1 p n p D n 1m m
NPSHrp Hp
NPSHrm NPSHr const 令： Hm H
托马汽蚀系数
①托马汽蚀系数越小，泵抗汽蚀性能越好。 ②托马汽蚀系数引入了扬程，则其与进口尺寸和入 口尺寸都相关，是其缺陷所在。
4.5 提高泵抗汽蚀性能的措施
提高泵本身的抗汽蚀性能，减少NPSHr ①降低叶轮入口部分流速 ②采用双吸叶轮 ③增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径 ④叶轮进口边适当加长
2 2 ps vs2 pk vo wo 2 g 2 g g 2 g 2g
用λ 1修正流动损失，则必需汽蚀余量定义：
2 2 vo wo NPSHr 1 2 2g 2g
汽蚀基本方程式
压降系数
λ 1：1～1.2 λ2 ：0.2～0.3
三.有效汽蚀余量NPSHa与必需汽蚀余量NPSHr ps vs2 的关系 NPSHa
泵与风机
Pump and Air-blower
上海电力学院 能源与环境工程学院 工程热物理学科
第四章 泵的汽蚀
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 汽蚀现象及其对泵工作的影响 吸上真空高度 汽蚀余量 汽蚀相似定律及汽蚀比转速 提高泵抗汽蚀性能的措施
4.1 汽蚀现象及其对泵工作的影响
(1)汽蚀基本概念
c＝298K s
NPSHr↓，c↑，则泵的抗汽蚀性能越好，所以汽蚀比 转速反映了泵的抗汽蚀性能好坏的相似特征数 考虑效率：c=600～800;
兼顾汽蚀和效率：c=800～1200;
考虑高汽蚀性能：c=1200～1600;
汽蚀比转速几点说明：
c
5.62 n qV NPSHr3 / 4
①用最高效率点的比转速作为相似准则的比转速
'
vs [H g ] [H s ] hw 5.85 0.2 1 4.65m 2g
'
2
4.3 汽蚀余量NPSH（或△h）
一.有效（装置）汽蚀余量NPSHa
按照吸入装置条件确定的汽蚀余量
ps vs2 pv NPSHa g 2 g g
入口断面能量水头
水温对应饱 和蒸汽压力 的能量水头
pe ps vs2 H g hw g g 2 g
则
pe pv NPSHa g H g hw g
pe pv ps vs2 pv 几点说明：NPSHa g H g hw g NPSHa g 2 g g
2
进口几何尺寸相似，相似工况下，汽蚀余量比等于叶 轮进口几何尺寸比和转数比的乘积的平方。
同一台泵，不同转数时，因D1p=D1m，则：
NPSHrp NPSHrm np n m
2
必需汽蚀余量比=转数比的平方
二. 汽蚀比转速
qV p qVm n p D2 p 3 ( ) nm D2 m
vs 允许几何安装高度 [Hg]： [ H g ] [ H s ] hw 2g
2
2
几点说明：
(1)[Hg] ＜[Hs] ；
vs 2 [H g ] [H s ] hw 2g
(2) 流量↑则[Hs]↓，因此允许几何安装高度 按最大流量时允许吸上真空高度计算；
(3)提高允许几何安装高度的措施；
a) 采用大直径吸入管路或双吸入口。
b) 缩短吸入段，减少弯头等局部阻力部件。
(4)使用条件下允许吸上真空高度的换算。
[ H s ]' [ H s ] 10.33 H amb 0.24 H v
大气压
水温
海拔↑，Habm↓, [Hs]↓, 则[Hg]↓
水温↑, Hv↑, [Hs]↓,则[Hg]↓
⑤首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料
2 2 vo wo NPSHr 1 2 2g 2g
4.5 提高泵抗汽蚀性能的措施
提高吸入系统装置的有效汽蚀余量NSPHa ①减小吸入管路流动损失 ②合理确定几何安装高度和倒灌高度 ③采用诱导轮 ④采用双重翼叶轮
⑤采用超汽蚀叶轮
⑥设置前置泵
思考题：1，3，4，7，９ 作业题：4-1，4-4，4-5
D1 p n p D n 1m m
3
2
(
qV p qVm
) (
2
np nm
3
) (
2
D2 p D2 m
6
)6
np n m
6
NPSHrp NPSHrm
NPSHrp D1 p NPSH D rm 1m