2010级叶片泵课件(3-4)

v H sz [ H s ] ( hs ) 2g
泵的允许真空度[Hs]是在标准情况下（ 压力为1个标准大气压，温度为20°C）生产
厂家通过汽蚀实验确定的。
2 s
泵的使用条件发生改变时，在使用时需 要对产品样本上的泵的允许真空度[Hs]进行 修正。
pa pv [ H s ] [ H s ] 10 .33 0.24 g g 式中： [ H s ] 现场状态下的允许真空度（m）； [ H s ] 标准状态下的允许真空度（m）； 10 .33 标准状态下的大气压力水头（m）； 0.24 标准状态下，常温清水的汽化压力水头（m）； pa 现场状态下的大气压力水头（m）； g pv 抽送液体温度下汽化压力水头（m）。 g
液体自水池经吸入管路到达泵吸入口后，所余 出的高于汽化压力能头的那部分能量。
vs2 Pv NPSHa Es 2g Pv Ps
Ps vs2 H sz hs 2g PO
NPSHa
PO

H sz
Pv

hs （1）
吸上为负 倒灌为正
当po=pa时，泵吸入口压力常低于大气压，其真空度Hs为：
vs2 H s H sz hs 2g Pa Ps
（3）
为了避免泵内发生空蚀，Hs应不超过工 厂规定的允许真空度[Hs],即： Hs<= [Hs]。
因此在安装泵时，已知泵的[Hs]，可以 利用（3）式计算允许的水泵安装高度：
泵的基准面 的确定
ps v pv NPSH g 2 g g
2 s
§3-3汽蚀余量
液体在一定温度下的汽化压力作 为初生空泡的临界压力。要避免泵内 发生空泡现象，至少要使泵内液体的 最低压力Pmin大于液体在该温度下的 汽化压力Pv。这两者的差值常称为汽 蚀余量，用NPSH表示。
1、有效汽蚀余量(△ha)，NPSHa
能曲线开始是缓慢下降，之后增加到某一流量时才表面为急剧下降
3、性能下降
。
不同比转速泵因汽蚀引起的性能曲线下降 （a)离心泵(b)混流泵（c）轴流泵
第五节 离心泵的汽蚀（cavitation）
H
三、气蚀特性曲线
对于不同的吸高Zs（Zs3 >Zs3 > Zs3） 吸高Zs越大，有效气蚀余量Δha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。

1
叶片进口边
3、粗糙度对空泡的初生影响 很大。 4、叶片进口厚度：进口厚度 越薄，越接近流线型，叶 片最大厚度离进口越远， 叶片进口的压降越小，泵 的抗汽蚀性能越好。
pa pc v hg [ H s ] hc g g 2g vs2 [ H s ] hc 2g 6.17 1.0 0.2 4.97 (m)
2 s
例2、一台泵吸入口径200mm， Q 77.8l / s 样本给定[Hs] =3.6m，估计hc=0.5m， 分别求在标准状态下和在拉萨地区从开 式容器中抽送40度清水时的几何吸入高 度。
倒灌
4
§3-7
W1 V1 U1
D0 D0
V0 V0
2 D02 D 2 d j h
D0 k0
3
Q n
Dj k 0 D0
V0
NPSHr
进口扩散严重 形成旋涡 效率下降
汽蚀性能改善
（二）改变叶轮进口宽度
b1D1 1.2 2.5 2 2 ( D j dh ) 4
b1
V0 、 NPSHr W1 对高抗汽蚀性能的冷凝泵的首级叶源自文库 F1
（三）合理选取叶片进口冲角
' 1
1 (常取3 ~ 10，个别可取到 15）
（四）采用双吸叶轮 0.5Q 在相同 的比转速下 ，采用双吸 式叶轮可以 有较小的汽 蚀系数。（ 常用于单级 泵中） 0.5Q
（五）叶片进口边位置及前盖板的形状
1、叶片进口边向叶轮进口延 伸能提高吸入性能。 2、前盖板半径的影响，汽蚀 系数随 1的增加而减小。 ，当前后盖板的半径比值 在0~0.15时，汽蚀系数减 小约18%。
hg 几何吸入高度（安装高度）（m）；
pa 标准条件下的大气压力水头（m）； g [ H s ] 标准条件下的允许真空度（m）； pc 吸入液面的绝对压力水头（m）； g hc 管路中的水力损失（m）； vs2 泵进口速度头（m）。 2g
3-3
§3-6 计算例题
例1、一台离心泵在海拔500m处，在大气 压力下抽送常温清水，样本上给定[Hs]
在拉萨使用：
吸上
pa p [ H s ] [ H s ] 10 .33 ( v 0.24 ) g g 3.6 10 .33 6.82 (0.76 0.24 ) 0.43(m)
2 s
v hg [ H s ] hc 0.43 0.5 0.31 1.24(m) 2g
2、必需汽蚀余量(△hr)，NPSHr
当NPSHa下降到 一定程度时，泵 内液体就回产生 空泡，形成汽蚀 。液体从吸入口 到叶轮的过程中 ，在能量没有增 加之前，其压力 在继续降低。
原因：1、吸入口到叶轮进口一般是收缩的 ，在Q一定时，V增加，P降低。 2、进入叶片流道时，在绕流叶片头部时， 由于液体急剧转弯，V增加，在叶片进口 的K点，压力降低，过K点后，由于叶片 做功，获得能量，压力增加。 3、流速变化时，水力损失消耗部分压能， 使液体压力降低。
2 vo Ps vs2 ZO Zs hs 2g 2g
PO
（1）
常认为液面处的V0=0，则上式可简化为：
Ps
vs2 (Z s ZO ) hs 2g PO PO
vs2 H sz hs 2g
Hsz水泵安装高度 （几何吸入高度） （hg) （2）
vs2 =7.0m，已经算得 0.2m，hc=1.0m， 2g
查表可得，在500m处 pa 9.5m ，求该 g 泵几何吸入高度。
pv 解： [ H ] [ H ] 10 .33 pa ( 0.24 ) s s g g 7.0 10 .33 9.5 (0.24 0.24 ) 6.17 (m)
二、采用CFD分析对空化、空蚀现象的预测
三、空蚀产生的气泡和爆破过程
常识：100℃下水的空化压力为1.033kgf/cm2（10.33m水头）； 20℃下水的汽空化压力为0.024 kgf/cm2（0.24m水头）。
高速摄影仪
3
3
3
四、不同过流部件的空蚀破坏情况
离心泵的空蚀破坏
轴 流 泵 的 空 蚀 破 坏
Zs3 Zs2 Zs1
H
Δhr
Δha3
Δha2 Δha1
}
有效气蚀余量Δha
Q
六、空蚀案例1
空蚀案例2
§3-2 吸入真空度
吸入真空度：泵 进口处的真空 度（泵进口绝 对压力小于大 气压力的数值 ），通常把吸 入真空度的值 换算到基准面 上，用液柱高 度表示。
Hsz
hg 0 p0 0
利用伯努利方程建立o—s断面的能量平衡关系式：
p a pc vs2 Hs hg hc （吸上） g g 2g p a pc vs2 Hs hg hc （倒灌） g g 2g
几何吸入高度用装置参数表示：
pa pc vs2 hg [ H s ] hc （吸上） g g 2g pa pc vs2 hg hc [ H s（倒灌） ] g g 2g
混流泵的空蚀破坏
压出室和吸入室 的空蚀破坏
五、泵产生空蚀时的现象
1、产生噪声和振动
由于泵汽蚀时，在高压区发生连续破灭产生强烈水击， 而产生噪声和振动，可以听到像爆豆似的劈劈啪啪的声音。 根据噪音可以检测汽蚀的初生。
2、过流部件的腐蚀破坏
• 泵长时间在汽蚀条件下工作时，泵过流部件在某些地方会遭到腐蚀破坏。 一种是由于气泡破灭时产生高频（600~25000HZ）强烈冲击，压力高达 49Mpa，致使金属表面出现机械剥蚀；另一种是由于汽化时放出热量，并 有温差电池作用产生水解，产生的氧气使金属氧化，发生化学腐蚀。
=6.82m
vs2 4Q 4 77.8 10 2 2.48 2 解： vs 2 2.48(m / s )，则 0.31(m) 2 Ds 0.2 2 g 2 9.81
在标准状态下使用：
vs2 hg [ H s ] hc 3.6 0.5 0.31 2.79(m) 2g
§3-5 吸入真空度与汽蚀的余量的关系
Hd
Hs
pa p s Hs （H s 泵进口真空度） g g Hd p s pa H（ s H d 泵灌注头） g g
吸入真空度与汽蚀的余量的关系
pa vs2 pv NPSH Hs g 2 g g
吸入真空度用装置参数表示：
§3-1 泵空化、空蚀现象概述
一、空化、空蚀现象
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。
Q
H QT H HT h hf
Q
Q
Q
hj
Q
一、空化、空蚀现象
泵的流量大于设计 流量时，压力最低 的部位在此。
泵的流量小于设计 流量时，压力最低 的部位在此。
C NPSHr3 / 4
双吸泵
设计泵时：1、知道C、n、Q，求NPSHr 2、知道C、 NPSHr 、Q，求n
？多级泵，双吸泵的 ns的确定
§3-4 汽蚀的基本方程
3
直锥形吸入室 3
W1
直锥形吸入室
速度三角 形为：
V1 U1
流量变化时NPSHa和NPSHr的关系
这些汽蚀余量的关系为： NPSHc≤NPSHr≤[NPSH]≤NPSHa
常把NPSHc作为NPSHr
3、汽蚀（吸入）比转数 对泵设计除了考虑能量指标（流量、扬程、效 率）外，还要考虑泵的抗空蚀能力，引入汽蚀（吸 入）比转速，作为一个汽蚀相似准则，从而判断泵 汽蚀性能的好坏。 5.62 n Q C 3/ 4 NPSH n Q r S NPSHr3 / 4 10^（3/4） 5.62 n Q / 2
第三章 泵的空化、空蚀
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-5 §3-6 §3-7 泵空化、空蚀现象概述 吸入真空度 汽蚀余量 汽蚀的基本方程 吸入真空度与汽蚀的余量的关系 计算例题 提高泵抗汽蚀性能的措施
• 泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是 叶轮叶片进口稍后的某处），因为某种原因，抽 送液体的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力 时，液体便在该处开始汽化，形成气泡。 • 这些气泡随液体向前流动，至某高压处时，气泡 周围的高压液体致使气泡急骤地缩小以至破裂。 在气泡破裂的同时，液体质点将以高速填充空穴， 发生互相撞击而形成水击。 • 这种现象发生在固体壁上将使过流部件受到腐蚀 破坏。
典型的破坏形状：
1、海绵状；
2、蜂窝状； 3、沟槽状；
4、鱼鳞状
• 泵汽蚀时叶轮内的能量交换受到干扰和破坏，在外特性上的表现是Q-H曲线， Q-P、Q-η曲线下降，严重时会使泵中的液流中断，不能工作。 • 泵发生汽蚀的初始阶段，特性曲线并无明显的变化，发生明显变化时，汽蚀 已发展到一定程度。对于低比转速，由于叶片间流道窄而长，故一旦发生汽 蚀，气泡易于充满整个流道，性能曲线有突降。对于中高比转速，流道短而 宽，因而气泡从发生发展到充满整个流道需要一个过渡过程，相应的泵的性
当po=pa时，泵吸入口压力低于大气压，可用真空度Hs表示：
v NPSHa H s 2g
Pa
Pv
2 s
vs2 H s H sz hs 2g Pa Ps
（2）
由（1）、（2）式可知：NPSHa的大 小是由吸入管路系统的参数和管路中的流 量所确定，而与泵的结构无关。 泵运行不发生空泡的必要条件是 NPSHa大于规定的允许汽蚀余量值，即： NPSHa> [NPSH]。 [NPSH]通常由空泡试验求出的汽蚀余 量的临界值NPSHc加上一定的安全裕量， 即： [NPSH]= NPSHc+0.3（m）。