水力学-章叶片式泵和风机

1、第2章 叶片式泵和风机离心泵吸水性能：1、气蚀的概念及其危害2、允许吸上真空高度与气蚀余量的概念和相应公式3、水泵最大安装高度计算4、水泵厂样本QHs曲线的应用。本课教学内容基本要求2.11 水泵的吸水性能 离心泵的正常工作，是建立在对水泵吸水条件正确选择的基础上。在不少场合下，水泵装置的故障，常是出于吸水条件选择不当而引起的。所谓正确的吸水条件，就是指在抽水过程中，泵内不产生气蚀情况下的最大吸水高度。为了掌握水泵的吸水条件，我们作如下讨论：2.11.1 离心泵的真空吸水管中压力的变化及计算（汽蚀基本方程式的推导） 水泵运行中，由于叶轮的高速旋转，在其入口处造成了真空，水自吸水管端流入叶轮的进

2、口。吸水池水面大气压与叶轮进口处的绝对压力之差，转化成位置头、流速头，并克服各项水头损失。图中绘出了水从吸水管经泵壳流入叶轮的绝对压力线。以吸水管轴线为相对压力的零线，则管轴线与压力线之间的高差表示了真空值的大小。绝对压力沿水流减少，到进入叶轮后，在叶片背面(即背水面)靠近吸水口的K点处压力达到最低值，PK=Pmin。接着，水流在叶轮中受到由叶片传来的机械能，压力才迅速上升。吸水管及泵入口中压力变化图最低压力值(PK)确定1、写出吸水池水面和水泵进口安装真空表处11断面的能量方程式，以吸水池水面为基准面，并略去其行近流速水头，可得：2、写出吸水池水面及入口稍前处0-0断面的能量方程式：汽蚀基本

3、方程3、写出0-0断面中心点O与叶片背水面靠近吸水口的断面K点的相对能量方程式： 表示吸水井中能量余裕值; 是泵壳进口外部的压力下降值 ;( ) 反映了泵壳进口内部的压力下降值，此值中 是叶轮进口和进口附近叶片背面(背水面)的压头差， 通常不小于3m,由水泵的构造和工况而定的。汽蚀基本方程可以知道：吸水池水面上的压头（pa/）和泵壳内最低压头（pk/）之差用来克服： 1、提升液体高度HSS; 2、克服吸水管中水头损失hs; 3、产生流速水头 4、流速水头差 5、供应叶片背面K点压力下降值 而（pa/- pk/ ）为吸水井的能量富余值，pk/是一个条件，它不能低于该水温下的饱和蒸汽压力。 汽蚀基

4、本方程讨论0-01-1，B.E. Hss，则p1当p1pv，叶轮中心汽化汽泡被抛向外围凝结局部真空压力升高周围液体高速冲向汽泡中心 撞击叶片(水锤)伴随现象:泵体振动并发出噪音H , Q, 严重时不送液；安装高度 ，汽蚀时间长久，水锤冲击和化学腐蚀，损坏叶片1、气穴现象：当叶轮进口低压区的压力户Pk Pva时，水就大量汽化，同时，原先溶解在水里的气体也自动逸出，出现“冷沸”现象，形成的汽泡中充满蒸汽和逸出的气体。汽泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，汽泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向汽泡中心，在汽泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力，可以达到几十兆帕，此时，可以听到汽泡

5、冲破时炸裂的噪音，这种现象称为气穴现象。2.11.2 气穴和气蚀水泵中最低压力Pk(如降低到被抽液体工作温度下的饱和蒸汽压力(即汽化压力)Pva时，泵壳内即发生气穴和气蚀现象。水的饱和蒸汽压力，就是在一定水温下，防止水汽化的最小压力。其值与水温有关。如表：2、气蚀 气蚀现象：一般气穴区域发生在叶片进口的壁面，金属表面承受着局部水锤作用，经过一段时期后，金属就产生疲劳，金属表面开始呈蜂窝状，随之，应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。在这同时，由于水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化腐蚀，使裂缝加宽，最后，几条裂缝互相贯穿，达到完全蚀坏的程度。水泵叶轮进口端产生的这种效应

6、称为“气蚀”。汽蚀表面现象汽蚀后的叶轮 气蚀两个阶段 气蚀第一阶段，表现在水泵外部的是轻微噪音、振动和水泵扬程、功率开始有些下降。 气蚀第二阶段，气穴区就会突然扩大，这时，水泵的H、N、就将到达临界值而急剧下降，最后终于停止出水。3、汽蚀发生的部位 汽蚀形式： 叶面汽蚀:叶片表面、前盖板内表面； 间隙汽蚀:叶片外缘与叶轮室壁面之间，或密封环与叶轮进口外缘之间 涡带汽蚀:由于进水池、进水流道设计不良或其他边界条件的变化产生涡带，当涡带进入水泵后，会助长或加重水泵的叶面汽蚀。汽蚀通常发生的部位：轴流式泵离心式泵4、汽蚀的危害（1）性能下降：流量、扬程、效率下降 水泵发生汽蚀时的性能曲线 ( a ）

7、离心泵 ( b ）轴流泵 1 一正常运行时的性能曲线； 2 一发生汽蚀时的性能曲线（2）过流部件遭到剥蚀发生汽蚀的部位开始出现麻点，随后很快扩大成海绵或蜂窝状，直至大片脱落而破坏。（3）产生噪声和振动水泵发生汽蚀时，由于空泡振动和空泡破灭产生噪声，危害泵站管理人员的身心健康由于空泡溃灭，空泡团或涡带汽蚀的不稳定性均引起强烈振动，使水泵装置不能工作，甚至造成装置和泵房结构的破坏。 (4)气蚀影响对不同类型的水泵不同ns较高ns较低5、现象产生的原因： 安装高度太高； 被输送流体的温度太高，液体蒸汽压过高； 吸入管路阻力或压头损失太高。水泵本身的抗气蚀性能； 6、防治或减轻汽蚀的措施：（1）在设计

8、、制造等方面加以改善；（2）在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；2）正确设计进水池进水池；3）正确设计进水管道；4）调节水泵的运行工况，减轻汽蚀；5）控制水源含沙量；6）提高叶面光洁度；7）及时进行涂敷与修复出现剥蚀的水泵过流部件；8）降低水泵的转速；9）在汽蚀区补气在泵进水侧补进适量空气。水泵的安装高程是指水泵基准面高程。离心泵的安装高程是水泵叶轮中心线的高程泵房内的地坪标高取决于水泵的安装高度，正确地计算水泵的最大允许安装高度，泵站即能安全供水，又能节省土建造价，具有很重要的意义。 2.11.3 离心泵的最大安装高度Hss1、水泵最大安装高度离心泵的安装高度确

9、定1、写出吸水池水面和水泵进口安装真空表处11断面的能量方程式，以吸水池水面为基准面，并略去其行近流速水头，可得： 水泵铭牌或样本中，对于各种水泵都给定了一个允许吸上真空高度Hs，即为Hv的最大极限值。在实用中，水泵的Hv超过样本规定的Hs值时，就意味旨水泵将会遭受气蚀。 水泵厂一般在样本中，用Q Hs曲线来表示该水泵的吸水性能。 水泵铭牌或样本中，对于各种水泵都给定了一个允许吸上真空高度Hs，此Hs即为Hv的最大极限值。在实用中，水泵的Hv超过样本规定的Hs值时，就意味着水泵将会遭受气蚀。 水泵厂一般在样本中，用Q-Hs曲线来表示该水泵的吸水性能。此曲线是在大气压为l0.33mH20，水温为

10、20时，由专门的气蚀试验求得的。它是该水泵吸水性能的一条限度曲线。 Hs与当地大气压(Pa)及抽升水的温度(t)有关: 当地大气压越低，水泵的Hs 值就将越小 水温越高，水泵的Hs值也将越小。由于水泵样本给的曲线是在大气压为1033mH20，水温为20时，由专门的气蚀试验求得的。它是该水泵吸水性能的一条限度曲线。在使用时，要注意Hs值是个条件值，与当地大气压及抽升水的温度有关，当水泵的使用条件不在标准状况下时，应进行水温、海拔高度修正：依下表 Hs 的修正Hs 的修正公式：计算出的Hgmax(NPSH)c时，水泵不发生汽蚀。当(NPSH)a ( NPSH )r。吸入式工作的水泵气蚀余量图Hs 1、允许吸上真空高度Hs： 离心泵的吸水性能通常是用允许吸上真空高度Hs来衡量的。 Hs值越大，说明水泵的吸水性能