泵的汽蚀

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 泵的汽蚀,一、泵内汽蚀现象,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,第一节、,泵内汽蚀现象及其危害,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,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。,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。,二、对泵运行的危害,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。,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）。,那么泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？,一、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：,第二节、,泵的吸上真空高度,吸水池液面为大气压,p,a,时，令,称为吸上真空,高度，则上式变为：,当,q,V,=,C,时，,H,g,(,H,s,),存在,H,smax,p,smin,p,k,p,V,时，泵内开始发生汽蚀。,H,smax,值由制造厂用试验方法确定。,为保证泵不发生汽蚀，把,H,smax,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,H,s,表示，即：,H,s,=,H,smax,0.3,在计算,H,g,中必须注意以下三点：,（,1,）,H,s,(,q,V,),。确定,H,g,时，必须以泵在运行中可能出现的最大流量所对应的,H,s,为准。,（,2,）,H,s,值是泵制造厂在,p,a,=,1.01310,5,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,H,s,值进行修正。,大气压头,饱和蒸汽压头,（,3,）为提高泵的允许几何安装高度，应尽量减少吸入管路的速度水头和阻力损失。,【,例,】,在海拔,500m,某地安装一台水泵，其输水,q,V,=135L/s,，输送水温,t,=30,，该泵样本上提供的允许吸上真空高度,H,s, =5.5m.,吸水管内径,d,=250mm,设吸入管路总损失,h,s,=0.878m,。,求：,H,g,应为多少？,【,解,】,由表,查得海拔,500m,力时大气压强,p,a,= 9.51,10,4,Pa,，由附录,查得水温为,t,=30,时的饱和蒸汽压强,p,V,=,4.2365,kPa,。查表得,30,水的密度,=995.6,/m,3,。修正后的吸上真空高度为：,又因为：,所以，泵的几何安装高度应为：,第四节 汽蚀余量,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？,泵内流体汽蚀现象理论：,液体汽化压强（,p,V,）为初生汽蚀的临界压强,。,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,。,当泵内刚发生汽蚀时，必有：,p,s,p,K,=,p,V,。,一、有效汽蚀余量,1,、定义,将泵吸入管路能量方程式：,代入上式得：,h,a,=,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；,h,a,越大，表明该泵防汽蚀的性能越好。,2,、影响因素,，故当,q,V,h,a,。,而且由于,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,可改写为：,h,a,=,H,g,h,w,0,（,2-9,）,即，,凝结水泵和给水泵均应采用倒灌高度安装,。,只有：,-,H,g,=,H,d,0,，才有可能使,NPSH,a,0,应注意的是：,H,g,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。,二、必需汽蚀余量,1,、定义,利用能量方程可以推得：,h,r,=,f,(,泵吸入室和叶轮进口的结构参数,流速大小,),即，,h,r,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。,2,、影响因素,在泵的正常工作范围内，由于,h,r,具有流动损失的属性，某泵,h,r,越小，表明该泵防汽蚀的性能越好。,h,r,由泵制造厂通过试验测出。,当,q,V,h,r,。,三、对汽蚀余量,h,的几点说明,1,、泵运行中,h,a,与,h,r,的关系,泵运行中,h,a,-,q,V,和,h,r,-,q,V,的变化关系如图所示。即,NPSH,r,-,q,V,NPSH,a,-,q,V,H,-,q,V,q,V,H,NPSH,O,汽蚀区,非汽蚀区,泵运行中,h,a-,q,V,和,h,r,-,q,V,的变化关系如图所示。即,h,r,-,q,V,h,a,-,q,V,H,-,q,V,q,V,H,h,O,q,V,C,C,三、对汽蚀余量,h,的几点说明,即,h,r,h,a,，泵内将产生汽蚀。,当,q,V,q,V,C,时，因,p,K,p,V,但流量不能太小：,冲角,h,w,NPSH,r,运行时的,最大允许流量,和,最小允许流量,。,因此，应规定出泵,水温,t,p,V,NPSH,a,1,、泵运行中,h,a,与,h,r,的关系,2,、临界汽蚀余量,h,c,和允许汽蚀余量,h,的关系,h,r,-,q,V,h,a,-,q,V,h,-,q,V,H,-,q,V,汽蚀区,非汽蚀区,K,q,V,H,NPSH,O,q,V,C,C,设计点,A,由图可知,q,V,h,a,p,K,=,p,V,，,液体开始汽化。此时，,h,a,就是使泵内发生汽蚀的临界值，即：,该值可通过泵汽蚀试验确定。,h,a,=,h,c,=,h,r,也有采用：,h,=,（,1.1,1.3,）,h,c,为避免泵内汽蚀，常在,h,c,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：,h,=,h,c,+0.3 m,3,、,h,与,H,g,的关系,在式,h,h,a,，可得到计算泵允许几何安装高度的另一表达式：,中。用,H,g,H,g,上式与,意义。,比较，两者具有相同的实用,所不同是：使用,上,式,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。,【,例,】,有一单吸单级离心泵，流量,q,V,=68m,3,/h,，,h,c,=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/m,3,。,【,解,】 ,h,=,h,c,+0.3=2+0.3=2.3,（,m,）,查附录,得,40,的水相对应的饱和蒸汽压强为,p,V,= 7374Pa,，于是由式可得：,计算结果,H,g,为负值,故该泵的叶轮进口中心应在容器液面以下,2.65m,。,第四节 汽蚀相似定律及汽蚀比转速,一、汽蚀相似定律,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？,由于,h,r,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：,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。,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,q,V,进口处反向流,主流,p,，游离气体析出,，,h,r,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,，,h,r,的,试验值,换算值,， 则,换算值偏于安全,。,对同一台泵，即,D,1m,=,D,1p,，,则可将汽蚀相似定律改写为：,（,2,-,16,）,即：转速提高，,NPSH,r,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,。,二、汽蚀比转速,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。,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，,h,r,、,q,V,和,n,的单位分别为：,m,、,m,3,/s,和,r/min,。,2,、对汽蚀比转速的几点说明,（,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,q,V,/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,600,800,800,1200,1200,1600,第五节 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 。,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,多级泵首级叶轮采用双吸式，在,q,V,、,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。,2,加装诱导轮,其加压和强制预旋,w,0,h,r,；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。,尽可能地减少吸入管路的附件，合理地加大吸入管道的,d,，尽量缩短吸入管道,L,。,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,H,g,对给水泵和凝结水泵采取,H,d,。确定,H,g,或,H,d,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,h,a,除氧器的,H,d,安装困难且不经济。为此，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。 给水经前置泵升压，相当于,p,e,/,g,h,a,。,（,1,）,规定首级叶轮的汽蚀寿命。,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，不得超速。,因为当,n,泵的,h,r,，,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。,否则，将导致吸入管路的,h,w,h,a,。,三、运行中防止汽蚀的措施,（,4,）,泵在运行时若发生汽蚀，,可以设法减小流量，或降低转速。,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。,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。,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。,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？,3,、,泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？,4,、,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？,思考题,