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泵站运行工（机械部分）广东水利电力职业技术学院宋海辉下午，太阳像火球般炙烤着大地，连呼吸的空气都带着高高的温度，太阳伞也都无法发挥它的作用，然而不管这个盛夏的下午多么闷热，也阻挡不了学校领导的到来。是的，正直一天中最热的时候，领导来到了我们的三下乡基地——杨柑中学。“萤火虫”们听到领导到来的消息，都兴奋、迫不及待地早早来到学校门口以做好迎接的准备。领导们见到我们也很高兴，脸上总是洋溢着笑容，很亲切。与我们见过面后，就不停地问我们是否休息好，伙食怎么样，宿舍环境还好吗，与学生的关系是否友好，又和我们谈了如何处理与学生间的关系，要尽我们最大的努力去把这个活动搞好，“它是锻炼你们的一个大好机会，要珍惜并且做到最好”，其中一位领导说着，然后我们就伴随领导一起走走校园、教室、办公室等地，在这其中，我们有说有笑的，笑声成了我们共同的回忆……最后，“萤火虫”们和领导们来了若干张可爱、美美的照片，当时太阳正无情地朝向我们，“那个，同学们能快点就快点哈，毕竟现在太阳很猛，晒久了对你们不好”，虽然是很简洁的语言，但我们听着心里都美滋滋的……时间总是无情地逝去，又到了离分的时刻，一大群“萤火虫”跟随在领导的身后，第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节水泵的汽蚀及其危害一、水泵汽蚀1．汽蚀的概念汽蚀是水力机械中的一种异常现象。水的汽化与温度和压力有关。在一定的温度下，水开始汽化的临界压力称为该温度下的饱和汽化压力。水在不同水温下的饱和汽化压力见下表。水泵运行时，由于某些原因而使泵内局部位置的压力降低到水的饱和汽化压力时，水产生汽化，并产生大量汽泡。从水中离析出来的大量汽泡随着水流向前运动，达到高压区时受到周围液体的挤压而溃灭，气泡又重新凝结成水。汽泡破灭时，水流质点从四周以高速向气泡中心冲击，产生强烈的局部水锤。这种现象就是水泵的汽蚀现象。第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节水泵的汽蚀及其危害汽化与汽蚀的机理汽化：常温状态下，液体压力低于汽化压力而发生的汽化现象。汽蚀：空化发生时，液体对于固体边壁所形成的损伤破坏。汽蚀（空蚀）机理空蚀机理：已形成的液体空泡，再进入高压区时，会突然凝聚溃灭。而此溃灭过程会产生冲击力等伴随现象（机械作用、电化作用、化学作用），从而对过流边壁构成损伤破坏。空泡溃灭实验照片：第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节水泵的汽蚀及其危害1、机械作用：（1）冲击波作用（水锤击打）；（2）微射流作用（水流高速进出缝隙）2、电化作用：冷热两端形成热电偶，产生热电势3、化学作用：高温氧化4、联合作用：前述三种联合作用，空蚀与泥沙磨损联合作用空蚀原因液体环境压力降低是空化发生的外部条件。水流低压条件可因翼型绕流、间隙流动、旋涡流动等情况形成。液体“空化核”的存在是空化发生的内在原因。空化核：液体中存在的不可溶性微小气泡。由于相对大的尺寸，空化核的抗拉强度很低。单独存在的微小气泡或微小气团空化核存在形式：第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节水泵的汽蚀及其危害第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节水泵的汽蚀及其危害2．汽蚀的类型水泵常见汽蚀有三种类型。(1）叶面型汽蚀叶面型汽蚀是发生在叶片表面的汽蚀。汽蚀发生在叶片正面、背面或前盖板的内表面等部位，如图所示。离心泵在大流量时，叶面汽蚀发生在1、4、3几个部位，小流量时，发生在2、4、1几个部位。轴流泵在大流量时叶面汽蚀发生在叶片的正面，小流量时发生在叶片的背面。第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节水泵的汽蚀及其危害（2）间隙汽蚀间隙汽蚀发生在轴流泵叶轮中心线相应的轮毂上，同时也发生在叶片的端部，如图4－3－16所示。在离心泵的减漏环与叶轮边缘间隙处，亦会引起间隙型汽蚀。（3）涡带汽蚀涡带型汽蚀是由于进水池设计不当，造成了在水泵的进口处水流的紊乱和旋涡，产生了涡带，把大量的气体周期性地带入泵内，助长或加重了叶面汽蚀。（二）汽蚀的危害1．水泵性能恶化水泵发生汽蚀时，因水流中含有气泡，引起水泵的性能恶化：离心泵叶槽狭长，宽度较小，气泡迅速占据部分槽道甚至全部槽道，使水流的连续性遭到破坏，引起水流的阻断，水泵的Q－H曲线急剧下降，造成水泵的效率随着降低，图3－17（a）所示。第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节水泵的汽蚀及其危害混流泵，由于叶槽较宽，气泡占据叶槽断面的某一部分，故出现Q－H曲线较平坦的下降，效率的下降也较为缓慢，图3－17示。轴流泵的叶槽粗短，汽蚀区不易侵入整个叶槽，因此Q－H曲线几乎均匀下降，而且缓慢，无明显断裂现象，图3－17示。第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节水泵的汽蚀及其危害2．水泵过流部件发生破坏机械破坏作用、化学破坏作用、电化破坏作用，水中含泥沙较多时，还伴随着磨蚀破坏。如图3－18示。3．产生噪音和振动水泵发生汽蚀时，水流质点互相碰撞和挤压，会产生剧烈的振动，造成机组零部件的破坏，严重时水泵不能抽水，甚至造成水泵装置和泵房结构的破坏，危及建筑物的安全。由于气泡振动和破灭产生噪音，危害泵站中运行操作人员的健康。第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节水泵的汽蚀性能一、汽蚀基本方程泵在运行时是否产生汽蚀，与泵本身抗汽蚀性能、泵吸水装置系统等因素有关。离心泵的吸水装置及水流绕流叶片头部时的压力变化如图所示。在叶片背面靠进口的k点处压力最低，k点是水泵内最容易产生汽蚀的点，水泵是否会产生汽蚀，取决于k点处的压力值。当k点处的压力值下降到该泵工作水温下的饱和汽化压力p汽时，水泵处于汽蚀的临界状态，汽蚀基本方程正是表征水泵汽蚀条件与影响诸因素之间的关系式，其表达式如下：式中ps―水泵进口的绝对压力，kPa;vs、v0―泵进口和叶片进口水流的平均流速，m/S;w1―叶片进口水流的相对流速，m/S;、2―与泵吸入室结构及叶轮入口几何形状等有关的压降系数。k1、进水池水面大气压Pa；2、进入叶轮后水流相对速度w；3、叶片背面靠近进口处压力最低值k点。以泵轴线的水平面为基准面，列水泵进口s—s断面与叶片进口1—1断面的能量方程:列叶片进口1—1断面与叶面上压力最低点k的相对运动能量方程:一、汽蚀基本方程将2式代入1式,可得:对方程进行简化及变换后，方程为：当pk=p汽时，泵内开始发生汽蚀，将p汽代入上式得：上式就是表征叶片泵汽蚀条件与影响汽蚀诸因素之间的关系式，称汽蚀基本方程。第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节水泵的汽蚀性能二、汽蚀余量汽蚀余量有两种：一是装置汽蚀余量；另一是必需汽蚀余量。1．装置汽蚀余量（NPSH)a装置汽蚀余量是指水泵吸水管路系统给予水泵进口处超过汽化压力水头的能量（就是水流在进入水泵进口前超过汽化压力水头的可供使用的能量），汽蚀基本方程左边即为装置汽蚀余量，用符号（NPSH)a表示。可知，（NPSH)a就是进水池绝对压力水头超过水流的汽化压值,将水提高到H吸，并克服进水管路的水头损失h吸后的剩余水头。它与进水池水面的大气压力、饱和汽化压力、水泵的吸水高度和进水管路的水头损失等有关，与水泵的自身构造无关。第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节水泵的汽蚀性能2．必需汽蚀余量（NPSH)r为了使泵不发生汽蚀，泵进口处压力最低点k必需具有的超过饱和汽化压力水头的最小能量称必需汽蚀余量（NPSH)r。当k点的压力下降到等于泵工作温度下的饱和汽化压力时，此时的汽蚀余量称临界汽蚀余量（NPSH)c。当（NPSH)a（NPSH)c时，装置给水泵提供的汽蚀余量大于该泵临界汽蚀余量，水泵不至于发生汽蚀。当（NPSH)a=（NPSH)c时，处于临界状态，泵开始发生汽蚀。当（NPSH)a（NPSH)c时，泵内发生汽蚀，泵运行不安全。泵的汽蚀试验是在保持一定的转速和流量下，改变水泵装置情况，当泵内开始发生汽蚀时的装置汽蚀余量（NPSH)a即为临界汽蚀余量（NPSH)c。为了保证水泵安全工作，加0.3m安全量作为不产生汽蚀需要的最小汽蚀余量，即必需汽蚀余量（NPSH)r。第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节水泵的汽蚀性能必需汽蚀余量（NPSH)r，是表征水泵汽蚀性能的参数，是计算水泵安装高程的依据。在相同的流量和转速条件下，（NPSH)r值愈小，泵的抗汽蚀性能愈好；反之抗汽蚀性能就愈差。为了使泵不发生汽蚀，必须使（NPSH)a（NPSH)r。三、吸上真空高度1．吸上真空高度吸上真空高度是指水泵进口处水流的绝对压力水头小于大气压力的值,即安装在水泵进口处真空表的读数，用符号Hs表示。可见Hs是随着水泵吸水高度H吸的增加而增加的，当H吸值增加到某一个值时，水泵就要发生汽蚀，这时得到的Hs值称最大吸上真空高度，又称临界吸上真空高度，以符号Hsc表示。第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节水泵的汽蚀性能为了避免汽蚀现象的发生，同时又要尽可能具有较大的吸上真空高度，规定留有0.3m的安全余量，即Hsa为允许吸上真空高度，m。水泵的允许吸上真空高度Hsa值越高，说明抗汽蚀性能越好。水泵运行时的吸上真空高度Hs不应超过规定的Hsa值。2．允许吸上真空高度与必需汽蚀余量的关系第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节水泵安装高程的确定水泵基准面高程称为水泵的安装高程。水泵安装得过低，泵房土建投资增大，施工难度增加；过高则水泵产生汽蚀。只有合理确定水泵的安装高程，才能尽量降低泵站的造价，保证水泵的正常运行，防止汽蚀现象的发生。一、用必须汽蚀余量（NPSH)r计算H允吸水泵厂提供的（NPSH)r，是额定转速时的值，若水泵工作转数nl与额定转数n不同，则按下式修正二、用允许吸上真空高度Hsa计算H允吸水泵厂的提供的Hsa值，是在标准状况下，在额定转速下以抽清水测得的。当水泵的使用条件为非标准状况时，应进行下列修正。叶片泵的基准面第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节水泵安装高程的确定三、水泵安装高程的确定水泵的安装高程为―水泵基准面高程和进水池最低运行水位，m。（NPSH)r、Hsa应按水泵运行时可能出现的最大、最小净扬程所对应的（NPSH)r或Hsa值进行计算，将算出的H允吸加上相应进水池的水位，得到最大、最小净扬程时的安装高程，然后进行比较，选最低的值作为水泵的安装高程。如果算出的H允吸为正值，表示该水泵可以安装在进水池水面以上，但立式轴流泵为便于启动和使管口不产生有害的旋涡，要求叶轮的中心线淹没于水面以下0.5－1.0m。若H允吸为负值，表示该水泵必须安装在水面以下，其淹没深度不小于上述求得的数值，且不小于0.5－1.0m。第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节减轻汽蚀的措施防治或减轻汽蚀的措施，除了从设计、制造等方面加以改善外，对用户来说应从泵站规划设计和运行管理等方面加以考虑。1．正确确定水泵安装高程确定水泵安装高程时，应使水泵在任何工况下，装置汽蚀余量（NPSH）a大于水泵的必需汽蚀余量（NPSH)r，或者水泵的吸上真空高度HS，小于水泵的允许吸上真空高度HSa。2．正确设计进水池进水池内的水流要平稳均匀，不产生漩涡和偏流，否则使泵的汽蚀性能变坏。此外，要及时清除进水池的污物和淤泥，使水流畅通，流态均匀，还要保证进水喇叭口有足够的淹没深度。第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节减轻汽蚀的措施3．正确设计进水管道进水管道应尽可能地短，减少不必要的管路附件，如底阀、弯管，闸阀等，适当加大管径，以减少进水管道的水头损失，提高装置汽蚀余量。经常保持拦污栅的畅通4．正确进行工况调节调节水泵的运行工况可以减轻汽蚀，对于离心泵适当减少流量使工况点向左移动可减少（NPSH)r，或增大HSa；对于轴流泵、导叶式混流泵以及大型立式全调节蜗壳混流泵，可调节叶片安装角，使工况点移到（NPSH)r值较小的区域。第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节减轻汽蚀的措施5．提高泵进口的压力给水泵进水管道增压，例如把离心泵出水管的水引入进水管，并用喷嘴增压，可以提高装置汽蚀余量，减轻汽蚀危害。此法仅适于水位变化较大而水泵安装高程又不能降低的泵站。6．控制水源含沙量从多沙河流取水的泵站，因水中含沙量大，会加剧过