5泵与风机泵的汽蚀解析.ppt

1 第四章 泵的汽蚀 ? 第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响 ? 第二节 吸上真空高度 H s ? 第三节 汽蚀余量△ h ? 第四节 汽蚀相似定律与汽蚀比转数 ? 第五节 提高泵抗汽蚀性能的措施 2 第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响 ? 水的汽化：大气压下升温到100℃ 或20 ℃下降压至 2.4kPa 。 ? 汽化发生后，大量的蒸汽及溶解在 水中的气体逸出，形成大量蒸汽、 气体混合物的小汽泡。 ? 气泡随同液体从低压区流向高压区， 在高压作用下迅速凝结或破裂，瞬 间产生局部空穴，周围的液体以极 高的速度冲向原气泡所占据的空间， 形成冲击。来不及瞬间全部溶解和 凝结的气体和蒸汽在冲击力的作用 下又分成更小的汽泡，反复被高压 水压缩、凝结。 3 第一节 汽蚀现象及其对泵工作的影响 ? 如果汽泡破裂发生在流道附近，就 会在流道表面形成某种强度的高频 冲蚀，水击压力可高达几百甚至上 千 MPa ，冲击频率可高达每秒几万 次之多。由于冲击作用使泵体震动 并产生噪音，且叶轮局部处在巨大 冲击力的反复作用下，使材料表面 疲劳，从开始点蚀到严重的蜂窝状 空洞，最后甚至把材料壁面蚀穿。 通常把这种现象称为“剥蚀”。 ? 另外，由液体中逸出的氧气等活性气体，借助汽泡凝结时放出的 热量，也会对金属起化学腐蚀作用。这种汽泡的形成发展和破裂以 致材料受到破坏的全部过程，称为汽蚀现象。 5 汽蚀发生的部位 ? (a) 叶片进、出口 处 ? (b) 叶轮盖板附近 ? (c) 间隙汽蚀 ? (d) 入流角度和导 向叶片角度不适 应产生的导向叶 片汽蚀 ? (e) 蜗壳泵舌处 （连续大流量） ? (f) 吸入室隔舌 （预旋过大） 6 ? CFD 流体动力学计算 程序模拟的气泡体积 分数最大的位置。 7 泵内汽蚀的发生和发展 ? 1 、初生： 水在低压区刚开始汽化， 只有少量汽泡，叶轮流道堵塞不严 重，对泵的正常工作没有明显 影响， 泵的外部性能也没有明显变化。这 种尚未影响到泵外部性能时的汽蚀 称为 潜伏汽蚀 。 ? 2 、发展： 当汽化发展到一定程度 时，汽泡大量聚集，叶轮流道被汽 泡严重堵塞，致使汽蚀进一步发展， 影响到泵的外部特性，导致泵 难以 维持正常运行 。 ? 3 、断裂： 扬程急剧下降，泵的工作曲线发生断裂， 不能工作 。 ? 随着泵内压力（ NPSH ）的下降， A 点开始汽蚀，然后泵扬程略有 下降。 B 点为断裂工况的开始点， C 点是完全断裂工况，扬程直线 下降。断裂工况临界点由无汽蚀扬程下降 (2+K/2)H% 来确定。 8 汽蚀的危害 (3 种 ) ? 噪音和震动 ：气蚀发生时产生 噪音和震动，泵组的振动又会 促使空泡的发生和溃灭，两者 的相互作用有可能引起汽蚀共 振。 ? 材料破坏 ：叶轮局部在巨大冲 击的反复作用下，表面出现斑 痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐 脱落。 ? 性能下降 ：液体流量明显下降， 同时压头、效率也大幅度降低， 严重时会输不出液体。 9 汽蚀性能曲线 ? 低比转数泵，流道较窄而长，一旦发生汽蚀，气泡易于充满整个流道，使性 能曲线突然下降。 n s =70 的离心式泵汽蚀性能曲线中有明显的断裂点。同一转 速，泵几何安装高度提高，断裂工况往小流量方向移动，即容易发生汽蚀。 ? 比转数增加，流道宽而短，气泡发展至充满整个流道需要一定过程，泵性能 曲线其断裂工况比较缓和，没有明显的断裂点。 ? 高比转数的轴流泵，由于叶片数少且基本上相互不重叠，具有相当宽的流道， 汽泡发生后，不可能布满流道，从而不会造成断流，所以在性能曲线上，当 流量增加时，就不会出现断裂工况点。尽管如此，但仍有潜伏汽蚀的存在， 仍需防止。 ns=70 ns=150 轴流泵 10 第二节 吸上真空高度 w s s g h g v g P P H ? ? ? ? 2 2 0 ? 由伯努利方程 , 得 令 Hs=(P 0 -Ps)/ ? g ： 称为离心泵的吸上真空度 w s g s S h g v H g P P H ? ? ? ? ? 2 2 0 ? 即吸上高度 Hg 为： w g s s h H g v g P g v g P ? ? ? ? ? 2 2 2 2 0 0 ? ? 11 允许几何安装高度 ? 泵的允许几何安装高度 [H g ] 应低于泵样本中所给出的允许 吸上真空高度 [H s ] 。一般情况下 [H s ] 随流量 qV 的增加而降 低， [H g ] 的确定应该按样本中最大流量所对应的 [H s ] 来