泵与风机课件(5)--离心泵的汽蚀

nullnull主讲教师： 丁慧玲泵与风机null§4 离心泵的汽蚀本章要点null二、对泵运行的危害 §4 离心泵的汽蚀 三、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定 一、泵内汽蚀现象 §4-1泵内汽蚀四、汽蚀余量 五、汽蚀相似定律及汽蚀比转速 六、提高泵抗汽蚀性能的措施null一、泵内汽蚀现象1、形 成：机械侵蚀化学腐蚀内向爆炸性冷凝冲击，微细射流→疲劳破坏汽泡溃灭→活性气体→凝结热→腐蚀性破坏汽蚀对泵叶轮的破坏电厂循环水泵叶轮汽蚀 工人正使用高分子钛合金涂料做叶轮涂层（水力机械的系统和设备）→点蚀2、什么是：汽泡形成→发展→溃灭→过流壁面破坏的全过程。3、分 类：移动汽蚀、固定汽蚀、旋涡汽蚀、振动汽蚀。蜂窝状汽蚀。null二、对泵运行的危害 1、缩短泵的使用寿命：粗糙多孔→显微裂纹→蜂窝状或海绵状侵蚀→呈空洞。 3、影响泵的运行性能：断裂工况（汽泡堵塞流道）；潜伏性汽蚀（易被忽视）。 2、产生噪声和振动：若振动产生汽泡，汽蚀产生振动→互相 激励→汽蚀共振。那么泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？ null三、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定 列吸水池液面e-e及泵入口断面s-s之间的能量方程式有：在介绍汽蚀余量时 要用到此关系式null（2-1） 吸水池液面为大气压pa 时，令称为吸上真空高度，则上式变为： （2-2） 当qV=C时，Hg(Hs)HsHsmaxpsminpkpV时，泵内开始发生汽蚀。Hsmax值由制造厂用试验方法确定。 为了保证泵不发生汽蚀，把Hsmax减去一个安全量K, 作为允许吸上真空高度而载入泵的产品样本中，并用[Hs]表示，即：[Hs]=Hsmax―0.3 （2-3）null （1）[Hs ](qV)。确定[Hg ]时，必须以泵在运行中可能出现的最大流量所对应的[Hs ]为准。 （2-4） 在计算[Hg ]中必须注意以下三点： （2） [Hs]值是泵制造厂在 pa=10.13×104 Pa，t =20℃ 的清水下由试验得出的。当使用条件变化时，应对样本的[Hs] 值进行修正。 （2-5）大气压头饱和蒸汽压头标准条件 （3）立式离心泵的Hg 如图2-5(a) 所示；大型水泵的Hg 如图2-5 (b)、(c) 所示。null 【例2-1】 在海拔500m某地安装一台水泵，其输水量qV=135L/s，输送水温 t = 30℃，该泵样本上提供的允许吸上真空高度[Hs] =5.5m. 吸水管内径 d=250mm, 设吸入管路总损失∑hs=0.878m. 求[Hg]应为多少？ 【解】 由表2-1查得海拔500m力时大气压强 pa= 9.51×104Pa，由附录Ⅳ查得水温为 t =30℃时的饱和蒸汽压强 pV =4246.0Pa。查表得30℃水的密度 =995.6㎏/m3。由式（2-5）得修正后的吸上真空高度为： null又因为：所以，泵的几何安装高度应为： 泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定问题只是影响泵工作性能的一个重要因素。那么，泵内汽蚀的产生还与那些因素有关？又如何防止呢？四、汽蚀余量null四、汽蚀余量 泵内流体汽蚀现象理论：液体汽化压强（pV）为初生汽蚀的临界压强。当泵内刚发生汽蚀时，必有：即，Net Positive Suction Head的缩写，意为：净正吸上能头称泵吸入口液流的总能头高于汽化压强的的富余能头为汽蚀余量，以符号 NPSH 表示。汽蚀余量可分为有效汽蚀余量和必需汽蚀余量。 ps> pK=pV 。（一）有效汽蚀余量 1、定义 位能以中心线为基准，即，z=0 （2-6） null NPSHa=f  吸水管路系统结构参数，流量 ，而与泵的结构无关，故又称为装置汽蚀余量；NPSHa 越大，表明该泵防汽蚀的性能越好。（一）有效汽蚀余量 1、定义 （2-6） 将泵吸入管路能量方程式：代入上式得： 2、影响因素 （2-7） ，故当qVNPSHa 。 而且由于null 应注意的是：Hg 值的正、负以吸入池液面为基准，当泵轴高于吸水液面时为正。（一）有效汽蚀余量 3、倒灌高度 在火力发电厂中, 凝结水泵和给水泵吸入容器液面压强均为相应温度下的汽化压强，则下式 即，凝结水泵和给水泵均应采用倒灌高度安装。可改写为：NPSHa=－Hg－hs>0（2-9）只有：－Hg =Hd >0，才有可能使NPSHa>0null NPSHr=f (泵吸入室和叶轮进口的结构参数, 流速大小),即，NPSHr 只与泵的结构有关，而与吸入管路无关，故又称之为泵的汽蚀余量。（二）必须汽蚀余量 1、定义 利用能量方程可以推得： （2-10）2、影响因素 在泵的正常工作范围内，由于NPSHr 具有流动损失的属性，某泵NPSHr 越小，表明该泵防汽蚀的性能越好。NPSHr 由泵制造厂通过试验测出。当qV↑→NPSHr↑。null 泵运行中, NPSHa-qV 和NPSHr-qV 的变化关系如图所示。（三）对汽蚀余量NPSH的几点说明 1、泵运行中NPSHa 与NPSHr 的关系 即NPSHr≥NPSHa，泵内将产生汽蚀。但流量不能太小： 当qV ≥qVC时，因pK≤pV , 水温 tpVNPSHa因此, 应规定出泵运行时的最大允许流量和最小允许流量。 定量关系可由式（2-7）减去式（2-10）导出，即冲角 hwNPSHrnull 由图可知, qVNPSHa  pK=pV ，液体开始汽化。此时，NPSHa就是使泵内发生汽蚀的临界值，即：（三）对汽蚀余量NPSH的几点说明 2、临界汽蚀余量 NPSHc 和允许汽蚀余量 [NPSH]的关系 该值可通过泵汽蚀试验确定。 也有采用： [NPSH]=（1.1～1.3）NPSHc （2-13）NPSHa=NPSHc=NPSHr（2-11） 为了避免泵内汽蚀的发生，常常在NPSHc的基础上加上一个安全余量作为允许汽蚀余量而载入泵的产品样本中，即：[NPSH]=NPSHc+0.3 m （2-12）null（三）对汽蚀余量NPSH的几点说明 3、[NPSH]与[Hg] 的关系 所不同是：使用式（2-14）不需要进行修正，只要把使用地点条件下的参数值直接代入即可。 在式（2-7）Hg， [NPSH]  NPSHa， 可得到计算泵允许几何安装高度的另一表达式： 中。用[Hg] （2-14）上式与意义。比较，两者具有相同的实用null 【例2-2】 有一单吸单级离心泵，流量qV =68m3/h，NPSHc=2m，从封闭容器中抽送温度为 40℃清水，容器中液面压强为 8.829kPa ，吸入管路阻力为0.5m，试求该泵的允许几何安装高度是多少？水在40℃时的密度为992㎏/m3。 【解】 [NPSH]= NPSHc+0.3=2+0.3=2.3 （m） 查附录Ⅳ得 40℃的水相对应的饱和蒸汽压强为pV = 7374Pa，于是由式（2-14）可得： 计算结果[Hg]为负值, 故该泵的叶轮进口中心应在容器液面以下2.65m。 null 问题的提出：对几何相似的泵，在相似的运行工况下，其必需汽蚀余量如何换算？五、汽蚀相似定律及汽蚀比转速（一）汽蚀相似定律 由于NPSHr具有泵入口流动损失的属性，并正比于流量的平方，则汽蚀相似定律为： （2-15） 实践表明：由于尺寸效应以及转速效应的影响，会引起必需汽蚀余量的换算误差，资料推荐换算时的转速差在±25%的范围内为宜。 null 那么，转速高低对必需汽蚀余量换算误差的影响如何呢？ 当n  时, qV进口处反向流主流p, 游离气体析出，NPSHr 的试验值>换算值，表明：换算值偏于不安全。 当n  时，进口处流速增大且分布均匀，液体泵进口低压区的时间，汽泡发生，NPSHr 的试验值<换算值，表明：换算值偏于安全。 对同一台泵，即D1m=D1p，则可将汽蚀相似定律改写为：（2-16）即：转速提高， NPSHr将成平方增加。因此，泵的抗汽蚀性能将大大下降，故泵在实际运行中不得超速。 null 1、问题的提出： 必需汽蚀余量只能反映某一台泵汽蚀性能的好坏，而不能对不同泵进行汽蚀性能的比较，因此需要一个包括 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 参数在内的综合性汽蚀相似特征数，并称之为汽蚀比转速，其构造方法和泵的比转速的推导过程类似。五、汽蚀相似定律及汽蚀比转速（二）汽蚀比转速 （2-17） 目前, 国内习惯使用的有量纲的汽蚀比转速用符号c表示，其表达式如下： 式中，NPSHr、qV 和 n 的单位分别为：m、m3/s 和 r/min 。 null 2、对汽蚀比转速的几点说明（二）汽蚀比转速 （1） c 值依max值确定。 c 值越大，泵抗汽蚀性能越好。 （2）c值是一个综合性汽蚀相似特征数, 同H 值无关。若两台泵入口通流部分几何和运行工况相似，则c值相等，表示两台泵具有相同的抗汽蚀性能。 （3）要提高泵的抗汽蚀性能，只需研究泵入口通流部分的几何参数关系。 （4）对于双吸叶轮， 应以其qV /2 代入c值的表达式中。 （5）汽蚀比转速的大致范围如下： null六、提高泵抗汽蚀性能的措施 泵在运行中汽蚀与否，是由泵本身的汽蚀性能和吸入装置的特性共同决定的。因此，解决泵汽蚀问题可从如下四个方面入手： （一）降低必需汽蚀余量以提高泵抗汽蚀性能的措施 （四）首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料 （二）提高有效汽蚀余量以防止泵汽蚀的措施 （三）运行中防止汽蚀的措施 。 null 多级泵首级叶轮采用双吸式，在qV、n和c相同的情况下，其必需汽蚀余量变为单吸叶轮的必需汽蚀余量的0.63 倍？如国产125MW 和 300MW汽轮发电机组的给水泵首级叶轮均采用双吸式。 （一）降低必需汽蚀余量以提高泵抗汽蚀性能的措施 1．多级泵首级叶轮采用双吸式 其加压和强制预旋w0  NPSHr；其轴向流道宽而长，汽泡后，只能沿其外缘运动，因p  溃灭，限制汽泡, 不致使阻塞整个流道。在安装诱导轮之后，c值可由8001000  3000  。目前国产火力电厂大型凝结水泵一般都装有诱导轮。 2．加装诱导轮 null 在水泵安装时尽可能地减少吸入管路上的弯头等附件，并不设阀门等，合理地加大吸入管道的直径，以减小流速，尽量缩短吸入管道长度。 1、减少吸入管路的阻力损失 3、设置前置泵 （二）提高有效汽蚀余量以防止泵汽蚀的措施 2、合理的选择泵的几何安装高度Hg 在可能的情况下, Hg ；对吸饱和水的给水泵和凝结水泵必须采取Hd。确定Hg或Hd时，应留有较大余量，以防止在非正常工况时产生汽蚀现象。 单机容量锅炉给水泵的T和n泵入口有NPSHa除氧器的Hd安装困难且不经济。为降低除氧器的安装高度， 国内外对大容量的锅炉给水泵，广泛采用在其前设置低速前置泵的方法。 前置泵转速低，且具有较好的抗汽蚀性能，给水经前置泵升压后再进入给水泵， 相当于提高了吸入池液面的压强水头 pe/g，提高了泵的NPSHa，改善了给水泵的汽蚀性能。null （1）规定首级叶轮的汽蚀寿命。运行中一般不能因为给水泵或凝结水泵汽蚀而导致停机，为了避免因汽蚀而发生泵的重大损坏事故，火力发电厂应规定首级叶轮的汽蚀寿命，到时予以更换。 （2）泵应在规定转速下运行。泵在超过规定的转速下运行，根据泵的汽蚀相似定律可知，当转速增加时，泵的必需汽蚀余量成平方增加， 则泵的抗汽蚀性能将显著降低。 （3）不允许用泵的吸入系统上的阀门调节流量。泵在运行时，如果采用吸入系统上的阀门调节流量，将导致吸入管路的水头损失增大， 从而降低了装置的有效汽蚀余量。 （三）运行中防止汽蚀的措施 。 （4）泵在运行时, 如果发生汽蚀, 可以设法把流量调节到较小流量处；若有可能，也可降低转速。 null 受到使用和安装条件的限制不能完全避免发生汽蚀的泵，应采用抗汽蚀性能好的材料制成叶轮，或将这类材料喷涂在泵壳、叶轮的流道表面上，以便延长叶轮的使用寿命。 一般来说，材料的强度高、韧性好、硬度高、化学稳定性好，则它抗汽蚀性能也好。 （四）首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料 如高压给水泵广泛采用各种等级的铬不锈钢，目前国外认为满意的材料是含铬17% 、镍4%的马氏体沉淀硬化不锈钢。 null　 自学§4-2~6 节的内容；预习离心泵性能实验指导书，做好实验前的准备。 拓展内容：同学可自行选做《离心泵串并联及工况调节综合试验》，约好时间。null　　1、泵运行时，为什么应规定出泵的最大允许流量和最小允许流量？ 2、泵转速变化较大时，为什么用汽蚀相似定律换算的必需汽蚀余量与试验值存在误差？ 高低转速的误差偏差方向一样吗？为什么？何时换算值偏于不安全？null 1、在应用[Hs]来计算确定泵的[Hg]时，应注意些什么？ 2、泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？ 3、在火力发电厂中, 凝结水泵和给水泵为什么要采用倒灌高度？倒灌高度受哪些因素制约，如何解决？null本次课作业4-1，4-3