泵与风机课件(7)

华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans泵与风机华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans§2叶片式泵的性能及结构§2-1泵内汽蚀二、对泵运行的危害三、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华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans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。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans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？华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans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：s2ssgeg2g0g0hpHp泵吸入口真空计或压强计吸水池液面e-e在介绍汽蚀余量时要用到此关系式华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFanss2ssegg2gghppH（2-1）吸水池液面为大气压pa时，令ggsppHas称为吸上真空高度，则上式变为：s2ssgg2hHH（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）华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（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。s2ssgg2hHH（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=10.13×104Pa，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）24.033.10gssVappHH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。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans【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：24.033.10gssVappHH)m(67.424.033.10806.96.9950.42461051.95.54华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans又因为：)s/m(752.225.014.31013544232sdqAqVV)m(385.0806.92752.2g222s所以，泵的几何安装高度应为：)m(41.3878.0385.067.4g2s2ssgghHHH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、汽蚀余量华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans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，NetPositiveSuctionHead的缩写，意为：净正吸上能头称泵吸入口液流总能头高于汽化压强能头外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。pspK=pV。（一）有效汽蚀余量位能以中心线为基准，即，z=01、定义g2gggNPSH2sssaVVpppE（2-6）华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFansNPSHa=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）g2gggNPSH2sssaVVpppE2、影响因素将泵吸入管路能量方程式：s2ssgeg2g0g0hpHp代入上式得：0gNPSHsgeahHppV（2-7）2sVqh，故当qVNPSHa。而且由于华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans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0gNPSHsgeahHppV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，则下式可改写为：NPSHa=－Hg－hs0（2-9）即，凝结水泵和给水泵均应采用倒灌高度安装。只有：-Hg=Hd0，才有可能使NPSHa0华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFansNPSHr=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（2-10）gpEKsrNPSH利用能量方程可以推得：2202201r2gg2NPSHVqwc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。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans泵运行中,NPSHa-qV和NPSHr-qV的变化关系如图所示。定量关系可由式（2-7）减去式（2-10）导出，即（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：gppVKraNPSHNPSH当qV≥qVC时，因pK≤pV,水温tpVNPSHa冲角hwNPSHrNPSHr-qVNPSHa-qVH-qV汽蚀区非汽蚀区qVHNPSHOqVCC运行时的最大允许流量和最小允许流量。因此，应规定出泵华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans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）为避免泵内汽蚀，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+0.3m（2-12）NPSHr-qVNPSHa-qV[NPSH]-qVH-qV汽蚀区非汽蚀区KqVHNPSHOqVCC设计点A华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans（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）sgeagNPSHhHppV[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]Hg,segNPSHghppHV（2-14）s2ssgg2hHH上式与意义。比较，两者具有相同的实用华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans【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？已知水在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：）（m65.25.03.2806.999273748829NPSHgseghppHV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。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans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：2p12m1rprm)()(NPSHNPSHnDnD（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。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans那么，转速高低对必需汽蚀余量换算误差的影响如何呢？1、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，则换算值偏于不安全。2、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，则换算值偏于安全。对同一台泵，即D1m=D1p，则可将汽蚀相似定律改写为：2p2mrprmNPSHNPSHnn（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。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans1、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：3/4rNPSH62.5Vqnc式中，NPSHr、qV和n的单位分别为：m、m3/s和r/min。华北电力大学流体力学及泵与风机课程组泵与风机PumpsandFans2、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：考虑因素主要考虑效率的泵兼顾汽蚀和效率的泵对汽蚀性能要求高的泵C值范围600～800800～1