水泵的汽蚀现象及其防治措施

水泵的汽蚀现象及其防治措施水泵的汽蚀现象及其防治措施 1 1 水泵汽蚀的概念水泵汽蚀的概念 水泵运行过程中 如果泵内液体局部位置的压力降低到水的饱和蒸汽压力 液 化压力 时 水就开始汽化生成大量的汽泡 汽泡随水流向前运动 流入压力 较高的部位时 迅速凝结 溃灭 泵内水流中汽泡的生成 溃灭过程涉及许多 物理 化学现象 并产生噪音 振动和对过流部件材料的侵蚀作用 这些现象 统称为水泵的汽蚀现象 1 11 1 水泵汽蚀的类型 水泵汽蚀的类型 1 叶面汽蚀 水泵安装过高 或流量偏离设计流量时 产生的汽蚀现象 其汽 泡的形成和溃灭基本上发生在叶片的正面和反面 2 间隙汽蚀 在离心泵密封环与叶轮外缘的间隙处 由于叶轮进出水侧的压力 差很大 导致高速回流 造成局部压降 引起间隙汽蚀 轴流泵叶片外缘与泵 壳之间很小的间隙内 在叶片正反面压力差的作用下 也因间隙中的反向流速 大 压力降低 在泵壳对应叶片外缘部位引起间隙汽蚀 3 水流经过泵内粗糙凹凸不平的内壁面和过流部件时 在凸出物下游发生的汽 蚀 称为粗糙汽蚀 1 2 汽蚀的危害 1 使水泵性能恶化 泵内发生汽蚀时 大量的汽泡破坏了水流的正常流动规律 流道内过流面积减小 流动方向改变 从而叶轮和水流之间能量交换的稳定性 遭到破坏 能源损失增加 从而引起水泵流量 扬程和效率的迅速下降 甚至 达到断流状态 2 损坏过流部件 当汽泡被水流带到高压区迅速凝结 溃灭时 汽泡周围的水 流质点高速地向汽泡中心集中 产生强烈的冲击 如果汽泡在过流部件附近溃 灭 就形成对过流部件的打击 容易引起过流部件的塑性变形和局部硬化 产 生疲劳 性能变脆 很快就会发生裂纹与剥落 形成窝蜂状孔洞 振动和噪音 在汽泡凝结溃灭时 产生压力瞬时升高和水流质点间的撞击以及 对泵壳和叶轮的打架 使水泵产生噪音和振动现象 当汽蚀振动频率与水泵自 振频率接近时 会引起共振 从而导致整个机组甚至整个泵房振动 在这种情 况下 机组就不应该继续工作了 2 汽蚀余量的概念 要使泵内不发生汽蚀 至少应使泵内水流的最低压力高于水在该温度下的汽化 压力 那么 在泵进口处的水流除压力水头要高于汽化压力水头外 水流的总 水头应比汽化压力水头有多少富余 才能保证泵内不发生汽蚀 这个水头富余 量称为汽蚀余量 用 npsh 或 表示 汽蚀余量的表达式如下 1 式中 泵进口处水流的绝对压力 泵进口断面水流的平均流速 所抽水温度的汽化压力 水的比重 npsh 汽蚀余量 2 1 四种汽蚀余量的定义 1 有效汽蚀余量 有效汽蚀余量是水流从进水池经吸水管到达泵进口时 单位重量的水所具有的 总水头减去相应水温的汽化压力水头后的剩余水头 是由水泵的安装条件所确 定的汽蚀余量 计算公式如下 仅与进水池水面的大气压力 泵的吸水高度 或淹没深度 吸水管的水头损 失和水温有关 2 必需汽蚀余量 对于给定的泵 在给定的转速和流量下 保证泵内不发生汽蚀 必须具有 即 需要的 汽蚀余量 通常由泵制造厂规定 用 表示 计算公式如下 式中 绝对流速变化及水力损失引起的压头降低系数 一般情况下 1 1 1 2 相对流速变化及绕流叶片头部引起的压降系数 其值与入流方向关系 密切 在设计工况无冲击入流时 0 3 0 4 在非设计工况 值增大且为变数 反映了水流进入泵后 在未被叶轮增加能量之前 因流速变化和水利损失而导 致的压力能头降低的程度 影响 的主要因素是泵进水室 叶轮进口的几何形状 和流速 而与吸水管 大气压力 液体的性质等因素无关 3 临界汽蚀余量 汽蚀安全量等于零 水开始汽化 泵内即开始发生汽蚀 在这种临界状态下的 汽蚀余量称为临界汽蚀余量 用 表示 临界汽蚀余量目前仍采用实验的方法确 定 国标规定在给定的流量下 在叶轮 如多级泵则为第一级叶轮 内引起扬 程或效率下降 其中 k 为型式数 时的 npsh 值 或者在给定的扬程下 引 起泵流量或效率下降 时的 npsh 值为 值 4 允许汽蚀余量 允许汽蚀余量是为了保证泵内不发生汽蚀 根据实践经验认为规定的汽蚀余量 可知泵内开始发生汽蚀的条件是 对一般清水泵留 0 3m 作为安全余量 即 对于大型泵的 常用下式计算 2 2 水泵汽蚀的基本关系式 泵内不发生汽蚀时 泵内开始发生汽蚀时 泵内发生严重汽蚀时 有效汽蚀余量 越大越不容易汽蚀 必需汽蚀余量 越小说明泵内的压降越小 汽蚀安全量越大 越不容易发生汽蚀 所以泵的吸水性能越好 或者说抗汽蚀性能效果越强 泵在运行中不产生汽蚀的条件是 使有效汽蚀余量不小于允许汽蚀余量 即 3 减轻和防止汽蚀的方法和措施 水泵的汽蚀是由水泵本身的汽蚀性能和抽水装置的使用条件决定的 水泵运行 过程中 一定程度的汽蚀总是存在的 所以 提高泵的抗汽蚀性能 设计良好 的吸水装置 就成为预防水泵发生汽蚀的最重要的措施 3 1 提高水泵抗汽蚀性能的措施 1 选择适宜的进水部分几何形状和参数 泵进口部分的几何形状和参数 直接影响其中水流速度的变化和水力损失 因 此 选择水流渐变过程的进水室几何形状和参数 对提高水泵的汽蚀性能 有 重要的作用 2 采用双吸式或降低转速 双吸泵或低转速泵 虽然不能提高汽蚀比转速 c 值 但是可以有效的降低泵的 汽蚀余量 因此在泵的设计中 当采用提高 c 值的措施仍不能满足使用要求时 常采用双吸泵或降低转速的方法解决泵的汽蚀问题 3 加设诱导轮 制造超汽蚀泵 在离心泵的叶轮前面加设诱导轮 这样可以提 高叶轮进口处的压力 提高泵的抗汽蚀性能 但诱导轮有使水泵性能不稳的缺 点 尚须对其进行深入的探讨和研究 4 选用抗汽蚀性能较强的材料 如铸锰 青铜 不锈钢 合金钢等制造叶轮 或用聚合物涂覆或喷镀过流部件的表面 精加工过流部件的表面 降低粗糙度 提高光洁度等 均可减轻汽蚀危害 3 2 设计良好的吸水装置 1 充分考虑到水泵工作中可能遇到的各种工况 合理的确定安装高程 对防止 汽蚀具有重要意义 2 适当的加大吸水管径 尽量减少吸水管的水头损失 并使泵进口的水流平顺 断面流速分布均匀 以提高 使 3 设计水流条件良好的前池 进水池 不仅是可以减少池中的水位降落 而且 使进入叶轮水流的速度和压力分布均匀 这一点对大口径 短吸水管的泵尤为 重要 3 3 运行