泵的汽蚀报告

汽蚀现象
气体产生 如液体P降低到Pv或更低 时，液体会汽化产生汽泡， 还有原来溶于液体现因P 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
由于气泡产生和凝结造成局部高温、高压、高频的冲击负荷， 对液道造成机械剥裂和电化学腐蚀破坏的现象称为汽蚀
泵汽蚀判断： NPSHa>NPSHr 不发生汽蚀 NPSHa=NPSHr 开始发生汽蚀 NPSHa>NPSHr 严重汽蚀
一般而言，当NPSHa=NPSHr 开始发生汽蚀。在实际应用 中为了安全起见，通常采用许用汽蚀余量〔NPSH〕作为 汽蚀发生的判据，一般许用汽蚀余量的取值范围为： 许用汽蚀余量：〔NPSH〕=（1.1~1.3）NPSHr 安全系数：n=1.1~1.3
Hg p A pv ZPSHr g
2
h
f A s
讨论：
（1） NPSHr允许由实验测定，不同型号的泵其值不同，由厂 家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为标准大气压， 流体为水，水温20℃ ； （2）当进口管路无阻力，液面压力为标准大气压，uA=0，不 考虑饱和蒸汽压影响时，zs=10.33m是泵安装高度的极限；
⑵ 采用前置诱导轮，提高叶轮进口处吸入压力。
⑶ 采用双吸式叶轮，使进口截面增大，流速减小。 ⑷ 合理设计叶片进口角度，减小流动损失。 ⑸ 采用抗汽蚀的材料，如不锈钢、稀土合金铸铁、 高镍铬合金等。
叶轮结构改进图
• 前置诱导轮：
• 前置诱导轮式叶轮
（二）合理设计吸入管及吸入条件
⑴ 降低泵安装高度，缩短吸入管线。 ⑵ 用大直径吸入管，去掉闸阀、弯头等，减少吸入管 阻力。 ⑶ 增大液面压力，采用倒灌方式或其它灌注形式。
z S z S允许 0.5 ~ 1.0
（4）zs =10.33m是泵安装高度的极限 （5）对清水泵通常给出允许吸上真空度的参数，当操作条件 与允许吸上高度测定条件不同时，应进行校正
p s pe p s pe HS HS g g
为操作条件下的液面压力，mH2O
气蚀特性曲线
H
当有效气蚀NPSHa降到低于必需气
蚀余量NPSHr时，产生噪音、振动、 压头明显降低，称不稳定气蚀区。
H
当有效气蚀NPSHa进一步降低，噪 音和振动并不强烈，压头和流量脉 动消失，特性曲线呈一条下垂线， 称“断裂工况”，也称“稳定气 蚀”。
NPSHr NPSHa
Q
气蚀特性曲线
H
Zs3
气蚀现象
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，对 部件产生麻点、蜂窝状的破坏 现象。
汽蚀过程
液体汽化
气泡凝结
汽蚀主要发生在叶轮外缘叶 片及盖板、涡壳或导轮处，并产 生麻点和蜂窝状的破坏，不会发 生在叶片进口处
高压水击
电化学腐蚀
汽蚀危害
•材料破坏过流部件产生剥蚀 和腐蚀破坏，影响机组寿命 •噪音和振动强烈 影响泵的安 全稳定运行
2
p A pv ZPSHa Z As g

p s pv cs 2 hf A s g 2g
式中 PA—— 吸入液面此处压力。 ZAs —— 泵吸入高度（即泵安装高度）。
∑hf(A-s) —— 泵吸入管内流动阻力损失。
NPSHa 称为有效汽蚀余量
有效汽蚀余量的意义： 标志泵抗汽蚀性能的好坏，它与吸入管特性和液体的 汽化压力有关；与泵本身无关。有效汽蚀余量越大，泵越 不容易发生汽蚀。
离心泵不发生汽蚀的条件：NPSHa≥〔NPSH〕
泵的安装高度计算
前面导出公式：
p A pv ps pv cs Z As hf As ZPSHa g g 2g H g Z As 安装高度： p A pv Z As ZPSHa hf A s 则： g 许用安装高度： p A pv Hg ZPSH hf A s g
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。 h h 0.3 h 110%h (差值不小于0.5m)
H S 10.33 H 0 H t 0.24 HS
由该式可知，液面压力越小、饱和蒸汽压越高、密度越大， 则允许的安装高度越低；经校正后操作条件下的允许安装高 度为： u2

z S允许 H S
e
2g

h
fS e
船舶辅机第3章 离心泵 [Centrifugal Pump]
离心泵的安装高度
p A ps cs Z As hf A s g g 2 g
式中：Cs、ps ——泵叶轮吸口处液体流速和此处压力。 ZAs —— 泵吸入高度（即泵安装高度）。 ∑hf(A-s) —— 泵吸入管内流动阻力损失。 上式可写为：
2
p A pv ps pv cs Z As hf As ZPSHa g g 2g
（3）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可 能减小吸入管路的阻力；如：
* 吸入管路尽量短，少走弯路；
* 进口管路直径一般大于出口管路直径；
* 进口管路上避免不必要的管件，如泵装于液面下可免装止 逆阀（并且启动前不用灌泵），流量调节阀装于出口管路；
（4）实际生产过程中，管路的流量有可能发生变化，那么 此时吸入管路的阻力也发生变化；若流量增大则允许安装高 度减小，所以为避免在实际操作中由于流量的提高或其他参 数（如液体温度，液面压力等）的变化而出现汽蚀现象，允 许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装高度应 低于允许安装高度：
泵
高温、高压、高频 冲击负荷及电化学 腐蚀作用
•性能下降 汽蚀发展严重时， 大量汽泡的存在会堵塞流道 的截面，减少流体从叶轮获 得的能量，导致扬程下降， 流量减少，效率也降低
二、汽蚀余量 汽蚀余量
有效汽蚀余量：是 指液体自吸入液面 到泵的入口法兰处， 单位重量液体所具 有的能量比汽蚀时 液体的静压能所高 出的那部分能量， 用NPSHa表示 必须汽蚀余量：是 指泵入口法兰处单 位重量液流到达叶 轮内部压力最低点 K处的静压能的降 低值，用NPSHr表 示
叶片上的汽蚀。（如图a)
图a
间隙汽蚀：水流通过狭小的流
道与间隙时流速变大，从而引
起压力降低而产生负压所形成。
(如图b)
图b
叶型汽蚀
局部汽蚀：水轮机过流部件局部凸凹不 平时，也会引起局部真空形成局部气蚀。 （如图c）
图c
四、防止汽蚀的措施
两种方法：改进泵的结构形式或尺寸。 设计吸入管及吸入条件。 （一）改进泵的结构形式或尺寸 ⑴ 增大泵吸入口直径及叶轮叶片入口宽度和结构。
吸高zs3>zs2 >zs1 ，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。
• ns不同的泵受汽蚀影响的情况不同，汽蚀特性曲线也有 差异。 – 中、低ns的离心泵叶片流道比较窄长，发生汽蚀后汽 泡很快就会布满流道，使扬程、效率急剧下降，其特 性曲线具有明显的断裂点 – 其中低ns的泵发生汽蚀后很快就会造成断流，难以出 现稳定汽蚀的工况 – 高ns的离心泵和混流泵或叶轮进口直径大的高汽蚀性 能离心泵，叶片间的流道短而宽，所以汽泡发生后不 会迅即布满流道，从而使特性曲线在达到断裂点之前 有较长的一段扬程和效率逐渐下降的部分
必需的汽蚀余量NPSHr
NPSHr：是指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, 是泵的特性参数，一般由泵厂用20℃的清水在额定流量下 根据试验确定泵必需的汽蚀余量。 c0 2 w0 2 ZPSHr 1 2 2g 2g 式中：c0 、w0—— 液流进入液道前的绝对速度、相对速度。 λ1 —— 液流自泵吸入法兰面到泵叶轮叶道之间由绝 对速度及流动损失引起的压降系数，一般取1.0～1.3。 λ2 —— 液流绕流叶片的压降系数，无冲击损失时取 0.2～0.4。 NPSHr越小，泵的汽蚀性能越好。
不同的吸高Zs（Zs3 >Zs2 > Zs1） 吸高Zs越大，有效气蚀余量 NPSHa越小，断裂工况向小流量 的方向移动泵，不发生气蚀的流 量范围越小。
Zs2 Zs1
H
NPSHr
NPSHa2 NPSHa1 NPSHa3
}
有效气蚀NPSHa
Q
三、汽蚀类型
汽蚀类型
叶型汽蚀
间隙汽蚀
局部汽蚀
叶型汽蚀：发生在水轮机转轮
z S H g 0.5 ~ 1.0
（5）对油泵通常给出允许汽蚀余量，当实际操作条件与允 许汽蚀余量测定条件不同时，应进行校正：
NPSH h允许
对于油品ф <1 ，所以经过校正后的允许安装高度值更大，而 未经过校正计算得到的允许安装高度则较小；
允许吸上高度Hs
定义
p A ps HS g g
泵的汽蚀
Contents
1
Hale Waihona Puke Baidu2 3 4
汽蚀现象及危害
汽蚀余量 汽蚀类型 防止汽蚀的措施
一、汽蚀现象及危害
液体在从泵吸人口流到叶片进口前，会因流速增加和流 阻损失而压力进一步下降 当Q小于设计Q时，液流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. 如图K2处。 泵Q超过设计Q时，液流撞击叶片背面，最低压力部位 在叶片进口靠近前盖板的叶片正面上，如图K1处
ha减小到等于hr时，吸上真空度达到[Hs]。
pa pv vs2 [H s ] hr g g 2 g
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。 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、水两相区， 振动和噪音不强烈，破坏不明 显，称为稳定汽蚀。
H S H 0 H 0 H t H t H S 10.33 H 0 H t 0.24 HS
为操作条件下输送液体时允许吸 上高度，m液柱 为操作温度下被输送液体的饱 和蒸汽压，mH2O
再考虑操作条件下输送流体密度与测定条件下流体密度的差异 ： 1000
r c
a
r
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。 ps vs2 p ha v g 2 g g
ps vs2 pv ha g 2 g g
pa ps pa pv vs2 ha g g g g 2 g
有效汽蚀余量NPSHa
在A与s之间列柏努利方程得：
ps cs pA cA zA zs hf A s g 2 g g 2 g
整理后有
2
2
s
K
p A ps cs Z As hf A s ZAs g g 2 g
其中：
2
pA
A
Z As zs z A ,cA 0
讨论：
（1） Hs只能由实验测定，不同型号的泵其允许吸上真空度不 同，由厂家出厂前由实验测定；测定条件为：液面压力为 1atm，流体为水，水温20℃ ，饱和蒸汽压为0.24 mH2O ； （2）当进口管路阻力增大时，允许安装高度降低，故应尽可 能减小吸入管路的阻力； （3）允许安装高度按可能出现的最大流量计算并且实际安装 高度应低于允许安装高度：
当pk=pv，pS=pemin时刚好发生汽蚀现象，此时的吸上高度为 不会发生汽蚀现象的最大值：
H s max
p A pe min g g
为了安全允许吸上高度为： H s
H s max 0.3
所以允许安装高度也可用允许吸上高度法计算
z S允许
2 us HS 2g
h
fA s