技师培训教材--泵及风机(叶片式泵的性能及结构 )

1、THERMAL POWER PLANT OF YI ZHENG CHEMICAL FIRBLE CO.,LTD泵与风机泵与风机二、对泵运行的危害二、对泵运行的危害2 叶片式泵的性能及结构叶片式泵的性能及结构 三、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定三、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定一、泵内汽蚀现象一、泵内汽蚀现象2-1泵内汽蚀泵内汽蚀四、汽蚀余量四、汽蚀余量五、汽蚀相似定律及汽蚀比转速五、汽蚀相似定律及汽蚀比转速六、提高泵抗汽蚀性能的措施六、提高泵抗汽蚀性能的措施1 1、形、形 成：成：机械侵蚀机械侵蚀化学腐蚀化学腐蚀内向爆炸性冷凝冲击，微细射流内向爆炸性冷凝冲击，微细射流疲劳破坏疲劳破

2、坏汽泡溃灭汽泡溃灭活性气体活性气体凝结热凝结热腐蚀性破坏腐蚀性破坏汽蚀对泵叶轮的破坏汽蚀对泵叶轮的破坏电厂循环水泵叶轮汽蚀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）（水力机械的系统和设备）点蚀点蚀2 2、什么是：汽泡形成、什么是：汽泡形成发展发展溃灭溃灭过流壁面破坏的全过程。过流壁面破坏的全过程。3 3、分、分 类：移动汽蚀、固定汽蚀、旋涡汽蚀、振动汽蚀。类：移动汽蚀、固定汽蚀、旋涡汽蚀、振动汽蚀。蜂窝状汽蚀。蜂窝状汽蚀。 1、缩短泵的使用寿命：粗糙多孔、缩短泵的使用寿命：粗糙多孔显微裂纹显微裂纹蜂窝状或蜂窝状或海绵状侵

3、蚀海绵状侵蚀呈空洞。呈空洞。 3、影响泵的运行性能：断裂工况（汽泡堵塞流道）；潜、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）。伏性汽蚀（易被忽视）。 2、产生噪声和振、产生噪声和振动：若振动产生汽泡，动：若振动产生汽泡，汽蚀产生振动汽蚀产生振动互相互相激励激励汽蚀共振。汽蚀共振。吸水池液面吸水池液面e-e及泵入口断面及泵入口断面s-s之间的之间的有：有：s2ssgeg2g0g0hpHp泵吸入口真空计或压强计泵吸入口真空计或压强计吸水池液面吸水池液面e-e在介绍汽蚀余量时在介绍汽蚀余量时要用到此关系式要用到此关系式s2ssegg2gghppH（2-1）吸水池液面为大气压吸

4、水池液面为大气压pa 时，令时，令ggsppHas称为吸上真空称为吸上真空高度，则上式变为：高度，则上式变为：s2ssgg2hHH（2-2） 当当qV=C时，时，Hg(Hs)HsHsmaxpsminpkpV时，时，泵内开始发生汽蚀。泵内开始发生汽蚀。Hsmax值由制造厂值由制造厂。 为了保证为了保证泵不发生汽蚀泵不发生汽蚀，把，把Hsmax减去减去一个一个安全量安全量K, 作作为为而载入泵的产品样本中，并用而载入泵的产品样本中，并用Hs表示，表示，即：即：Hs=Hsmax0.3 （2-3） （1）Hs (qV)。确定确定Hg 时，必须以泵在时，必须以泵在运行中运行中可能可能出现的出现的最大流量

5、最大流量所所对应对应的的Hs 为准。为准。s2ssgg2hHH （2-4）在计算在计算Hg 中必须注意以下三点：中必须注意以下三点： （2） Hs值是泵制造厂在值是泵制造厂在 pa=10.13104 Pa，t =20 的的清水清水下由试验得出的。当下由试验得出的。当使用条件变化使用条件变化时，时，应对应对样本的样本的Hs 值值进行修正进行修正。（2-5）24.033.10gssVappHH大气压头饱和蒸汽压头标准条件 （3）立式离心泵的）立式离心泵的Hg 如图如图2-5(a) 所示；所示；水泵的水泵的Hg 如图如图2-5 (b)、(c) 所示。所示。 【例例2-1】 在海拔500m某地安装一台

6、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？ 【解解】 由表2-1查得海拔500m力时大气压强 pa= 9.51104Pa，由附录查得水温为 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. 033.10gssVappHH)m(67. 424. 033.10806. 96 .9950 .42461051. 95 . 54又因为：) s/m(752. 2 . 2

7、25. 014. 31013544232sdqAqVV)m(385. 0806. 92752. 2g222s所以，泵的几何安装高度应为：)m(41. 3878. 0385. 067. 4g2s2ssgghHHH 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，工作性能的一个重要因素。那么，四、汽蚀余量四、汽蚀余量 泵内流体汽蚀现象理论：液体汽化泵内流体汽蚀现象理论：液体汽化压强压强（pV）为初生汽蚀的临界压强。为初生汽蚀的临界压强。当泵内刚发生汽蚀时，必有：当泵内刚发生汽蚀时，必有：即，即，Net Positiv

8、e Suction Head的缩写，的缩写，意为：净正吸上能头意为：净正吸上能头称称泵吸入口液流的总能头高于汽化压强的泵吸入口液流的总能头高于汽化压强的的富余能头的富余能头为汽蚀余量，以符号为汽蚀余量，以符号 NPSH 表示。汽蚀余量可分为表示。汽蚀余量可分为和和。ps pK=pV 。1、定义g2gggNPSH2sssaVVpppE位能以中心线为基准，即，位能以中心线为基准，即，z=0（2-6） NPSHa=f ， ，而与泵的，而与泵的结构无关，故又称为结构无关，故又称为装置汽蚀余量装置汽蚀余量；NPSHa 。（一）有效汽蚀余量（一）有效汽蚀余量 1 1、定义、定义（2-6）将泵吸入管路能量方

9、程式：将泵吸入管路能量方程式：s2ssgeg2g0g0hpHp代入上式得：代入上式得： g2gggNPSH2sssaVVpppE0gNPSHsgeahHppV（2-7）2sVqh ，故当，故当qVNPSHa。而且由于而且由于 应注意的是：应注意的是：Hg 值的正、负值的正、负以吸入池液面为基准，当以吸入池液面为基准，当泵轴高于吸水液面时为正泵轴高于吸水液面时为正。（一）有效汽蚀余量（一）有效汽蚀余量 0gNPSHsgeahHppV 在火力发电厂中在火力发电厂中, 凝结水泵凝结水泵和给水泵吸入容器液面压强均为和给水泵吸入容器液面压强均为相应温度下的汽化压强，则下式相应温度下的汽化压强，则下式 即

10、，即，。可改写为：可改写为：NPSHa=Hghs0（2-9）只有：只有：Hg =Hd 0，才有可能使才有可能使NPSHa0 NPSHr=f (),即，即，NPSHr 只与泵的结构有关只与泵的结构有关，而与吸入管路无关，故又称，而与吸入管路无关，故又称之为之为泵的汽蚀余量泵的汽蚀余量。利用能量方程可以推得：利用能量方程可以推得：（2-10）gpEKsrNPSH2202201r2gg2NPSHVqwc 在泵的正常工作范围内，由于在泵的正常工作范围内，由于NPSHr ，某，某，表明该泵，表明该泵。NPSHr 由泵制造厂通过试验测出。由泵制造厂通过试验测出。当当qVNPSHr。 泵运行中泵运行中, N

11、PSHa- -qV 和和NPSHr-qV 的变化关系如图的变化关系如图所示。所示。NPSHa NPSHr 但流量不能太小：但流量不能太小：gppVKraNPSHNPSH tpVNPSHa泵运行时的泵运行时的和和。 定量关系可由式（定量关系可由式（2-7）减去式（减去式（2-10）导出，即）导出，即hwNPSHrNPSHr-qVNPSHa- -qVH-qV汽蚀区非汽蚀区qVHNPSHOqVCC 由图可知由图可知, qVNPSHa pK=pV ，液体开始汽化。此液体开始汽化。此时，时，NPSHa就是使泵内发生汽就是使泵内发生汽蚀的临界值，即：蚀的临界值，即：（三）对汽蚀余量（三）对汽蚀余量NPSH

12、的几点说明的几点说明 该值可通过泵汽蚀试验确定。该值可通过泵汽蚀试验确定。 NPSHa=NPSHc=NPSHr（2-11） 为了避免泵内汽蚀的发生，常常在为了避免泵内汽蚀的发生，常常在NPSHc的基础上加上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：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： （2-12）NPSHr-qVNPSHa- -qVNPSH-qVH-qV汽蚀区非汽蚀区KqVHNPSHOqVCC设计点A（三）对汽蚀余量（三）对汽蚀余量NPSH的几点说明的几点说明 所不同是：使用所不同是：使用，只要把使，只要把使用地点条件下的参数值直接代入即可。用地点条件

13、下的参数值直接代入即可。在式（在式（2-7）sgeagNPSHhHppVHg， NPSH NPSHa， 可得到计算泵允许几何安装高度可得到计算泵允许几何安装高度的另一表达式：的另一表达式： 中。用中。用Hg segNPSHghppHV（2-14）上式与上式与s2ssgg2hHH意义。意义。比较，两者具有相同的实用比较，两者具有相同的实用 【例例2-2】 有一单吸单级离心泵，流量有一单吸单级离心泵，流量qV =68m3/h，NPSHc=2m，从封，从封闭容器中抽送温度为闭容器中抽送温度为 40清水，容器中液面压强为清水，容器中液面压强为 8.829kPa ，吸入管路，吸入管路阻力为阻力为0.5m

14、，试求该泵的允许几何安装高度是多少？水在，试求该泵的允许几何安装高度是多少？水在40时的密度为时的密度为992/m3。 【解解】 NPSH= NPSHc+0.3=2+0.3=2.3 （m） 查附录查附录得得 40的水相对应的饱和蒸汽压强为的水相对应的饱和蒸汽压强为pV = 7374Pa，于是由，于是由式（式（2-14）可得：）可得： ）（m65. 25 . 03 . 2806. 999273748829NPSHgseghppHV 计算结果计算结果Hg为负值为负值, 故该泵的叶轮进口中心应在容器液面以下故该泵的叶轮进口中心应在容器液面以下2.65m。 对几何相似的泵，在相似的运行工况下，其对几何

15、相似的泵，在相似的运行工况下，其必需汽蚀余量如何换算？必需汽蚀余量如何换算？ 由于由于，并正比于流量的，并正比于流量的平方，则汽蚀相似定律为：平方，则汽蚀相似定律为：2p12m1rprm)()(NPSHNPSHnDnD（2-15） 实践表明：由于实践表明：由于以及以及的影响，会引起必的影响，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需汽蚀余量的换算误差，资料推荐换算时的转速差在25%的的范围内为宜。范围内为宜。 当当n 时时, qV进口处进口处主流主流p, ，NPSHr 的的，表明：，表明：。 当当n 时，进口处流速增大且分布均匀，时，进口处流速增大且分布均匀，NPSHr 的的，表

16、明：，表明：。 对同一台泵，即对同一台泵，即D1m=D1p，则可将则可将汽蚀相似定律改写汽蚀相似定律改写为：为：2p2mrprmNPSHNPSHnn（2-16）即：转速提高，即：转速提高， NPSHr将成平方增加。因此，泵的抗汽蚀性将成平方增加。因此，泵的抗汽蚀性能将大大下降，故能将大大下降，故。 1、因此需要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。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五、汽蚀相似定律及汽蚀比转速（2-17） 目前目

17、前, 国内习惯使用的有量纲的汽蚀比转速用符号国内习惯使用的有量纲的汽蚀比转速用符号c表示，表示，其表达式如下：其表达式如下： 3/4rNPSH62. 5Vqnc 式中，式中，NPSHr、qV 和和 n 的单位分别为：的单位分别为：m、m3/s 和和 r/min 。 （二）汽蚀比转速（二）汽蚀比转速 （1） c 值依值依max值确定。值确定。 （2）c值是一个综合性汽蚀相似特征数值是一个综合性汽蚀相似特征数, 同同H 值无关。若值无关。若两台泵两台泵，则，则c值相等，表示值相等，表示两台泵具有相同的抗汽蚀性能。两台泵具有相同的抗汽蚀性能。 （3）要提高泵的抗汽蚀性能，）要提高泵的抗汽蚀性能，的几

18、何参数关系。的几何参数关系。 （4）对于双吸叶轮，）对于双吸叶轮， 应以其应以其qV /2 代入代入c值的表达式中。值的表达式中。 （5）汽蚀比转速的大致范围如下：）汽蚀比转速的大致范围如下： 考虑因素考虑因素主要考虑效率的泵主要考虑效率的泵兼顾汽蚀和效率的泵兼顾汽蚀和效率的泵对汽蚀性能要求高的泵对汽蚀性能要求高的泵C值范围600800800120012001600六、提高泵抗汽蚀性能的措施六、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的特性共同决定的。因此，

19、解决泵汽蚀问题可从如下四个方面入手：入手： （一）降低必需汽蚀余量以（一）降低必需汽蚀余量以泵抗汽蚀性能的措施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（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（二）提高有效汽蚀余量以泵汽蚀的措施泵汽蚀的措施 （三）运行中（三）运行中汽蚀的措施汽蚀的措施 。 多级泵首级叶轮采用双吸式，在多级泵首级叶轮采用双吸式，在qV、n和和c相相同的情况下，其必需汽蚀余量变为单吸叶轮的必同的情况下，其必需汽蚀余量变为单吸叶轮的必需汽蚀余量的需汽蚀余量的0.63 倍倍如国产如国产125MW 和和 300MW汽轮发电机组的给水泵首级叶轮均采用汽

20、轮发电机组的给水泵首级叶轮均采用双吸式。双吸式。 其加压和强制预旋其加压和强制预旋w0 NPSHr；其轴向流道宽而长，；其轴向流道宽而长，汽泡汽泡后，后，只能沿其外缘运动，因只能沿其外缘运动，因p 溃灭，限制汽泡溃灭，限制汽泡, 不不致使阻塞整个流道。在安装诱导轮之后，致使阻塞整个流道。在安装诱导轮之后，c值可由值可由8001000 3000 。目前国产火力电厂大型凝结水泵一般都装有诱导轮。目前国产火力电厂大型凝结水泵一般都装有诱导轮。 在水泵安装时尽可能地减少吸入管路上的弯头等附件，并不设阀门等，在水泵安装时尽可能地减少吸入管路上的弯头等附件，并不设阀门等，合理地加大吸入管道的直径，以减小流

21、速，尽量缩短吸入管道长度。合理地加大吸入管道的直径，以减小流速，尽量缩短吸入管道长度。 在可能的情况下在可能的情况下, , Hg ；对吸饱和水的给水泵和凝结水泵必须采取；对吸饱和水的给水泵和凝结水泵必须采取Hd。确定确定Hg或或Hd时，应留有较大余量，以防止在非正常工况时产生汽蚀现象。时，应留有较大余量，以防止在非正常工况时产生汽蚀现象。 单机容量单机容量锅炉给水泵的锅炉给水泵的T和和n泵入口有泵入口有NPSHa除氧器的除氧器的Hd安安装困难且不经济。为降低除氧器的安装高度，装困难且不经济。为降低除氧器的安装高度， 国内外对大容量的锅炉给水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

22、泵的方法。泵，广泛采用在其前设置低速前置泵的方法。 前置泵转速低，且具有较好前置泵转速低，且具有较好的抗汽蚀性能，给水经前置泵升压后再进入给水泵，的抗汽蚀性能，给水经前置泵升压后再进入给水泵， 相当于提高了吸入池相当于提高了吸入池液面的压强水头液面的压强水头 pe/g，提高了泵的，提高了泵的NPSHa，改善了给水泵的汽蚀性能。，改善了给水泵的汽蚀性能。 （1）运行中一般不能因为给水泵或凝结水运行中一般不能因为给水泵或凝结水泵汽蚀而导致停机，为了避免因汽蚀而发生泵的重大损坏事故，火力发电厂泵汽蚀而导致停机，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。应

23、规定首级叶轮的汽蚀寿命，到时予以更换。 （2）泵在超过规定的转速下运行，根据泵的泵在超过规定的转速下运行，根据泵的汽蚀相似定律可知，当转速增加时，泵的必需汽蚀余量成平方增加，汽蚀相似定律可知，当转速增加时，泵的必需汽蚀余量成平方增加， 则泵则泵的抗汽蚀性能将显著降低。的抗汽蚀性能将显著降低。 （3）泵在运行时，如果采泵在运行时，如果采用吸入系统上的阀门调节流量，将导致吸入管路的水头损失增大，用吸入系统上的阀门调节流量，将导致吸入管路的水头损失增大， 从而降从而降低了装置的有效汽蚀余量。低了装置的有效汽蚀余量。 （三）运行中防止汽蚀的措施（三）运行中防止汽蚀的措施 。 （4）泵在运行时）泵在运行

24、时, 如果如果 可以设法把流量可以设法把流量处；处；若有可能，若有可能，。 受到使用和安装条件的限制不能完全避免发生汽蚀的泵，受到使用和安装条件的限制不能完全避免发生汽蚀的泵，应应，或将这类材料，或将这类材料在泵在泵壳、叶轮的流道表面上，以便延长叶轮的使用寿命。壳、叶轮的流道表面上，以便延长叶轮的使用寿命。 一般来说，一般来说，。 如高压给水泵广泛采用各种等级的如高压给水泵广泛采用各种等级的，目前国外认，目前国外认为满意的材料是为满意的材料是。 3-2 叶片式通风机的无因次性能叶片式通风机的无因次性能曲线和空气动力学略图曲线和空气动力学略图一、问题的提出一、问题的提出二、无因次性能参数和无因次

25、性能曲线二、无因次性能参数和无因次性能曲线三、无因次性能参数的意义三、无因次性能参数的意义四、通风机的空气动力学略图四、通风机的空气动力学略图 根据工程需要，我们可的相似，从而，以完成风机的设计、选择工作。 工程实际,（不同类型、不相似），以完成相应的工作；但，也就，。一、问题的提出一、问题的提出 那么就可以将所有不同系列风机的性能曲线绘制在一个图上进行比较了， 因而也就只能绘制一条曲线了 。 由于这时的参数已没有因次，故称为。由称为无因次性能曲线。从而，。 1.32cnDqmpV)m(4222222ADD 叶轮圆面积；2.222cnDpmp(m/s)60222unDnD 叶轮圆周速度；3.3

26、52shcnDPmp)kg/m(3流体的密度。二、无因次性能参数和无因次性能曲线二、无因次性能参数和无因次性能曲线 效率系数：功率系数：全压系数：流量系数：23222221000AuPPuppAuqqshshVV（3-2）（3-4）（3-7）二、无因次性能参数和无因次性能曲线二、无因次性能参数和无因次性能曲线图图3-153-15是是4-134-13（7272）通风机的性能曲线和无因次性能曲线。）通风机的性能曲线和无因次性能曲线。由图不难看出，两者形状完全相同。由图不难看出，两者形状完全相同。 应该指出：当应该指出：当 n n和和 D D2 2较大时，由于较大时，由于的的影响，两者会略有不同。影响，两者会略有不同。 三、无因次性能参数的意义三、无因次性能参数的意义1、换言之：它是相似准则数，是相似的结果换言之：它是相似准则数