第二章 叶片式水泵-3

样本中气蚀余量： Δh(临界气蚀余量)＋避免气蚀的余裕量(0.3mH20左右) 对于一台泵通过某一流量时，（NPSH）r是不会变的。
(3) 装置气蚀余量（NPSH）a （外气蚀余量、水泵装置的气蚀余量）
Hsv ha hva hs Hss
上式计算出的是该水泵装置的实际气蚀余量。
pa
2 C0 v12 W02 v12 ( H ss hs ) ( ) 2g 2g 2g
pk
pa
2 C0 v12 W02 HV ( ) 2g 2g
pk
要保证不发生气蚀，必须PK>Pva，如果PK=Pva，水 泵就处于气蚀临界状态
2 C0 v12 2g
(4)产生流速水头差值：
W02 (5)供应叶片背面K点压力下降值： 2g
如果保证不发生气蚀，则：
pk
2 C0 v12 W02 p v12 [ ( H ss hs ) ( )] va 2g 2g 2g
pa
2.11.3
水泵最大安装高度
第二章
2.11
叶片式水泵
离心泵吸水性能
2.12
2.13
离心泵机组的使用及维护
轴流泵及混流泵
2.14
给水排水工程中常用的叶片泵
2.11 离心泵吸水性能
• 水泵正确的吸水条件：
抽水过程中，泵内不产生气蚀情况下的最大吸水高度。 吸水条件→离心泵安装高程→泵房内各部位高程 安装过低：增加泵房土建投资和施工的难度； 安装过高：
2 C0 W02 v12 HV ( ) 2g 2g 2g
pa
pva
上式水泵进口处真空HV值，是处临界状态下的值。为 运行安全，水泵厂引入安全值0.5mH2O，并表示为：
2 C0 W02 v12 HS ( 0.5) 2g 2g 2g
pa
pva
水泵铭牌或样本中给出的HS为HV的最大极限值，如 HV超过样本规定HS，泵将遭受气蚀。
1. 水泵安装高度HSS
——吸水池水面与水 泵基准面之间的高度差。
根据HSS及吸水池的 水面为可推算出水泵基准 面高程，即水泵安装高程。
• 列吸水池面与0-0水泵进口安装真空表处 1-1断面的能量方程式：
pa
v12 H ss hs 2g p1
pa p1 v12 H ss hs HV 2g
• 2.11.5 水泵的吸水性能
（1）允许吸上真空高度Hs：
Hs值越大，说明水泵的吸水性能越好，或者说，抗气蚀性能越好。
（2）气蚀余量（NPSH）r ： 水泵厂样本中要求的气蚀余量越小，表示该水泵的吸水性能越好。 （3） 在水泵实际计算时，就注意保证水泵的吸水条件，即：
HS > HV
，
（NPSH）a >（NPSH）r
2 C0 W02 H sv ：总气蚀余量。 2g 2g ha=Pa/γ ：吸水井表面的大气压力(mH2O)；
hva =Pva/γ：该水温下的汽化压力(mH2O)；
Σhs ：吸水管道的水头损失之和(m)；
Hss ：水泵吸水地形高度，即安装高度(m)。
当水面的测压管高度低于泵轴时，泵为抽吸式工作情况，︱HSS︱值 前取“-”号；当水面的测压管高度高于泵轴时，泵为自灌式工作情况，︱HS S︱值前取“+”号。
力，可以达到几十兆帕。此时，可以听到汽泡冲破时炸裂
的噪音，这种现象称为气穴现象。
3. 气蚀
气穴发生在水流当中，不会对叶轮有危害。
气穴发生在叶片壁面上，水击就会撞击叶片，每秒钟有 几万次的微小水锤的撞击使金属叶片表面发生塑性变形 和局部硬化，慢慢的金属就会疲劳、脆弱，发生剥蚀现 象，出现裂缝，在叶片表面渐渐演变成蜂窝状空洞，以 至叶片断裂，形成破坏。这种由于气穴现象导致的叶片 腐蚀称之为“气蚀”。 微小水锤会在局部产生200~300℃高温，产生热电偶，发 生电解氧化，进而产生化学腐蚀；水和蜂窝间歇接触， 蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化学腐蚀。

2.11.2
吸水管中压力的变化及计算
• 防止气蚀措施：
控制水泵叶轮内压力最低点的压力大于Pva。
• 水泵运行中的压力最低点
吸水池大气压与叶轮进口处的绝对压力差转化为
位置头、流速头，各项水头损失。
绝对压力随水流流动而减少，到进入叶轮后，在叶 片背面靠近吸水口的K点处压力达到最低值：PK=Pmin。 水流过K点之后，从高速旋转的叶轮获得能量，压 力迅速提高，在叶轮出口处达到最大。
v12 H ss HV hs 2g
用上述公式来求水泵的安装高度时，如果把HV换 成HS，就得到水泵的最大安装高度：
v12 H ss H S hs 2g
注意事项：
(1) 水泵厂一般在样本中Q-Hs曲线是在大气压为l0.33mH2O， 水温为20℃ 时，由专门的气蚀试验求得。它是该水泵吸 水性能的一条限度曲线。
值而急剧下降，最终停止出水。
（2）气蚀的危害
1）水泵性能恶化甚至停止出水； 2）水泵过流部件发生破坏；
3）产生噪音和振动。
蚀坏的叶片图 （a）双吸泵叶片 （b）轴流泵叶片
（3） 气蚀对不同类型的水泵影响不同
ns较低

ns较高
较低ns（如ns <100）（瘦长型）：因水泵叶片流槽狭长，很容易被气 泡所阻塞，在出现气蚀后，Q-H、Q-η曲线迅速降落。 较高ns（如ns >150）（矮胖型）：因流槽宽，不易被气泡阻塞，所以 Q-H、Q-η曲线先是逐渐地下降，过了一段时间后才开始锐落，正常 输水被破坏。
会引起水泵工作流量和效率的大幅度下降，甚至不能工作。
2.11.1
气穴和气蚀
1. 水的饱和蒸汽压力
在一定温度下，防止水汽化的最小压力。
常用Pva(Pa)表示，也可用hva(m)表示。
水的饱和蒸汽压头：hva=Pva/γ
2.气穴现象
水泵运行中，如果泵内局部位置的压力低于该温度下 的饱和蒸汽压力时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水 里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，形成的汽泡中 充满蒸汽和逸出的气体。 汽泡随水流被带入叶轮中压力升高的区域时，汽泡突 然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向汽泡中心，在 汽泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压
该值是由水泵安装处的外部条件决定的（随外部条件而变化），表示 水达到气化压力值后尚有余裕的能量。
在工程中（NPSH）a =（NPSH）r+(0.4～0.6mH20)
（NPSH）a：随流量的增加而下降 （NPSH）r：随流量的增加而上升 交点c：气蚀界线点。 • Q>Qc：（NPSH）r > （NPSH）a
v12 H ss HV hs 2g
HV ——泵壳吸入口的侧压孔处 的真空值（mH2O）。
2. 水泵允许吸上真空高度HS
允许吸上真空高度是为保证水泵内部压强最低点不产生，或 仅产生微弱的对水泵工作尚无危害的气蚀时，在水泵进口处允 许的最大真空度，以换算到水泵装置参考基准面上的mH2O表示。
ha ——安装地点的大气压(即 Pa /γ )(mH2O) (表2-8)； hva——实际水温下的饱和蒸汽压力(表2-7)。
例题2-7
2.11.4
气蚀余量(NPSH)
“气蚀余量”——水泵进口处具有的超过汽化压强的那部分 富余能量，用HSV表示。
2 C0 v12 W02 v12 ( H ss hs ) ( ) 2g 2g 2g pa p1 v12 H ss hs 2g
（1）
pa

p 、0

—— 吸水池水面某点的大气压力水头与断面计算点0的绝对 压强水头（m）； —— 水泵的吸水地形高度，也即安装高度（m）； —— 点0断面水流的平均流速（m/s）；
H SS
c0
hS —— 吸水管口至水泵进口断面1损失（m），由于两点距离很
pk
pa
2 2 2 C0 v1 W02 v1 ( H ss hs ) ( ) 2g 2g 2g
pk
吸水池水面上的压头 p a 和泵壳内最低压头 p k 之差值用来支付： (1) 把液体提升高度：Hss (2)克服吸水管中水头损失： hS
v12 (3)流速水头：2 g
(2) Hs与当地大气压(Pa)及抽升水的温度(t)有关:
Pa 越低，水泵的Hs 值就将越小 t 越高，水泵的Hs值也将越小
（3）Hs值的修正：
H 's H s (10.33 ha ) (hva 0.24)
H’s——修正后采用的允许吸上真空高度(m)；
HS ——水泵厂给定的允许吸上真空高度(m)；
气蚀:
由于某种原因，使水力机械低压侧的局部压强降低 到水流在该温度下的汽化压强（饱和蒸汽压强）以下， 引起汽泡（汽穴）的发生、发展及其溃灭，造成过流部 件损坏的全过程。
（1）气蚀两个阶段： 第一阶段：轻微噪音、振动和水泵扬程、功率开始有些下降。
第二阶段：气穴区突然扩大，这时水泵的H、N、η 就将到达临界
H s
v12 2g
吸入式工作的水泵气蚀余量图
2. （NPSH）r和（NPSH）a
(1) 临界气蚀余量(HSV临界) /（NPSH）c 指水泵内最低压强点的压强为汽化压强时水泵进口处的气蚀余量。 (2) 必要气蚀余量（NPSH）r (允许气蚀余量、泵内气蚀余量、水泵气蚀 余量)
C02 W02 H sv 2g 2g
小，一般忽略。
（2）列0点断面与K点水流的相对运动能量方程：
2 2 2 2 w0 u0 pK wK uK Z0 ZK h0 K 2g 2g 2g 2g