第四章 水泵汽蚀(14P)-李宗尧
第4章 泵汽蚀的理论
第3章泵汽蚀理论3-1 泵汽蚀现象概述1893年，人们确认英国一台驱逐舰螺旋浆的破坏是汽蚀的结果。
这就是汽蚀现象的首次发现。
之后、对螺旋桨、水轮机和水泵等水力机械的汽蚀问题进行了大量研究。
随着机器向高速的方向发展，汽蚀一直是水力机械中至关重要的问题。
一、汽蚀的发生过程液体汽化时的压力为液体的汽化压力(饱和蒸汽压力)，液体汽化压力的大小和温度有关。
温度越高，由于分子运动更为剧烈，其汽化压力越大。
20℃常温清水的汽化压力为233.8Pa(0.0238 kgf／cm2)，而100℃水的汽化压力10l 296Pa(1.033kgf／cm2)(一个大气压力)。
所以常温(20℃)清水当压力降为233.8 Pa时，就开始汽化，可见在一定温度下压力是促成液体汽化的外界因素。
液体在—定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生气泡。
把这种产生气泡的现象称为汽蚀。
但是，气泡内的气体，实际上不完全是蒸汽，还包含着以溶解或核的形式存在的气体(主要是空气)。
液体中溶解的气体由于扩散而进入气泡中，将助长气泡的成长。
汽蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以至破灭。
这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象标为汽蚀的溃灭。
汽蚀的发生可以分为以下几个阶段：1 初生阶段用肉眼或其它手段检测出汽蚀的发生2 发达阶段初生阶段进一步发展，成为激烈发生的阶段3 终结阶段由于压力上升气泡消失的阶段泵在运转中，若其过流部分的局部区域(通常是叶轮叶片进口稍后的某处)，因为某种原因，抽送液体的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生蒸汽、形成气泡。
这些气泡随液体向前流动，至某高压处时，气体周围的高压液体致使气泡急骤地缩小以至破裂(凝结)。
在气泡凝结的同时，液体质点将以高速填充空穴，发生互相撞击而形成水击。
这种现如发生在固体壁上将使过流部件受到腐蚀破坏，上述产生气泡和气泡破裂使过流部件遭到破坏的过程就是泵中的汽蚀过程。
《泵与风机》第四章—泵的汽蚀
n qV NPSH
3/ 4 r
const
吸入比转速s 中国习惯采用汽蚀比转速c
s
c
n qV NPSHr3 / 4
5.62 n qV NPSHr3 / 4
注意：n－转速，r/min； qV－体积流量，m3/s； NPSHｒ－必需汽蚀余量，m。
无因次汽蚀比转速ks
n qV 2 ks 60 ( gNPSHr ) 3 / 4 c 5.62 n qV NPSHr3 / 4
②比转速是以单吸入叶轮为标准来定义的 ③相似条件:只要求进口几何相似和流动相似 ④换算关系
托马(Thoma)汽蚀系数σ
NPSHrp NPSHrm D1 p n p D n 1m m
2
几何尺寸相似（进、出口） 相似工况下
2 2
NPSHrp NPSHrm
D1 p n p u p Hp D n u Hm 1m m m
w 2 w2 po p w w p k k k 1 o 则：g g 2g g wo 2g
2 k 2 o
2 k 1 令： wo
w
2
从而
2 po pk wo 2 g g 2g
消去几何 尺寸
NPSHrp qVp NPSH q rm Vm
2
np n m
4
4 2 nm qVm 3 3 NPSHrp NPSHrm
2 n 4 qVp p
n p qVp NPSH
3/ 4 rp
nm qVm NPSH
pabm pv vs2 [H s ] [ NPSH ] g g 2 g
净化水泵汽蚀分析及解决措施
净化水泵汽蚀分析及解决措施刘大宁;陈培力【摘要】对离心泵的汽蚀现象进行了全面分析,针对这些问题提出了改进措施并组织实施改进方案,问题得到解决,并取得很好的经济效益.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2013(032)006【总页数】3页(P109-111)【关键词】离心泵;汽蚀;汽蚀余量;工艺改进【作者】刘大宁;陈培力【作者单位】中国石油宁夏石化公司,宁夏银川 750021;中国石油宁夏石化公司,宁夏银川 750021【正文语种】中文【中图分类】TE964宁夏石化公司酸性水汽提装置于2000年建成投用，设计处理能力为30 t/h，负责炼油区酸性水汽提净化处理，装置采用单塔汽提侧线抽氨工艺，由于设备选型及工艺设计存在缺陷，装置运行期间暴露出许多问题，导致装置处理量受限。
酸性水汽提装置净化水出装置泵P-706/1.2设计流量28 m3/h，每年随着春夏季气温升高其流量在17 t/h左右开始出现汽蚀，形成气封阻流。
装置的处理量一直维持在17 t/h左右，无法满足成产要求，严重影响了酸性水汽提装置的安全平稳生产。
自催化装置等用户送来的酸性水量在25 t/h左右，净化水外送量不能满足工艺需求（25 t/h左右），导致酸水罐D-702/A、B满液位，易发生冒罐事故。
此外，由于酸性水罐罐体腐蚀严重，罐体漏点很多，渗漏严重，高液位给装置的安全运行和公司的安全生产带来了极大的安全隐患，所以必须尽快解决净化水泵汽蚀问题，提高酸性水外送量，将酸性水罐的液位降至较低液位，减小事故发生的可能性。
1 离心泵抗汽蚀原理当泵抽送液体的绝对压力小于液体该温度下的汽化压力时，液体便开始汽化，产生蒸汽，形成气泡，这些气泡随液体向前流动至高压区时，气泡周围的压力升高致使气泡急剧缩小及至破裂，形成水击，产生噪音和振动。
泵发生汽蚀的初级期，泵能够泵水，只是流量有所下降，严重的汽蚀会引起气封，使泵中的液体大量汽化，泵停止泵水。
图1 离心泵养扬程流量关系图由图1可得出泵汽蚀的机泵方程为：NPSHa＞NPSHr 泵无汽蚀NPSHa=NPSHr 泵开始汽蚀NPSHa＜NPSHr 泵严重汽蚀装置汽蚀余量（NPSHa），又称有效汽蚀余量，是由吸入装置决定的，与泵本身无关，它同进口管路系统、吸入液体压力、液体温度和汽化压力有关，也同流量、液体密度、进口管路尺寸、粗糙度和清洁度有关。
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姓名：XXX部门：XXX日期：XXX水泵的汽蚀现象及其防治措施1.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。
1.1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第 2 页共 6 页叶轮的打架，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。
水泵汽蚀原因分析及其防护措施
汇报人：2023-12-08•水泵汽蚀现象概述•水泵汽蚀原因分析•汽蚀防护措施目•汽蚀的预防性维护•结论录01水泵汽蚀现象概述0102水泵汽蚀定义水泵汽蚀通常发生在水泵的叶轮叶片、导流器以及进水口等部位。
水泵汽蚀是指在水泵的进出水口附近形成的气穴现象，是由于水在压力作用下发生汽化而形成的。
水泵汽蚀产生大量的气泡和冲击波，导致水泵产生强烈的噪音和振动。
产生噪音和振动降低水泵效率损坏设备汽蚀导致水流不畅，水泵的效率受到严重影响。
汽蚀现象会导致水泵的叶片、导流器和进出水口等部位受到损坏，缩短设备使用寿命。
030201进水口处水流速度变化大，压力降低，容易形成汽蚀。
水泵进水口叶轮叶片处水流产生涡流，压力不稳定，容易产生汽蚀。
水泵叶轮叶片导流器设计不合理或安装不当，容易造成水流不畅，进而产生汽蚀。
导流器02水泵汽蚀原因分析水泵安装高度和吸入管路阻力等参数都会影响汽蚀余量，因此需要合理设计水泵的安装和吸入管路。
在水泵选型设计时，应该充分考虑汽蚀余量的要求，确保水泵能够在给定的条件下正常运行。
汽蚀余量是水泵运行的重要参数，如果实际汽蚀余量小于水泵的必需汽蚀余量，会导致水泵汽蚀。
汽蚀余量不足吸入管路阻力过大是水泵汽蚀的另一个重要原因。
当吸入管路阻力过大时，液体在吸入过程中会受到较大的能量损失，使得实际汽蚀余量降低，进而导致水泵汽蚀。
需要对吸入管路进行合理设计，减少管路弯头和阀门等阻力元件的数量，降低液体流动的阻力。
吸入管路阻力过大液体温度过高01液体温度过高会使水的饱和蒸汽压升高，使得实际汽蚀余量降低。
02在高温环境下运行水泵时，需要考虑到液体的温度对汽蚀余量的影响，采取相应的措施降低液体温度。
03可以采用冷却器等装置来降低进入水泵的液体温度，以避免水泵汽蚀的发生。
水泵的结构也会影响其汽蚀性能。
如果水泵的叶轮形状不合理，或者叶片表面粗糙度过大，都会导致水泵的汽蚀性能下降。
需要对水泵的结构进行优化设计，选择合适的叶轮形状和叶片表面处理方式，以提高水泵的汽蚀性能。
客车用发动机水泵气蚀的研究
客车用发动机水泵气蚀的研究李建文;丰竹慧;金强【摘要】The authors discuss the causes of cavitation for engine water pump, the production process and the pre-vention and improvement measures. They analyze the influence of test bench to water pump cavitation, and propose improvement measures for the bus/coach engine water pump cavitation. By test verification,the effect is good.%论述发动机水泵气蚀的原因、产生的过程、预防及改进措施，分析试验台架对水泵气蚀的影响，针对客车用发动机水泵气蚀提出改进措施，通过验证效果较好。
【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P30-33)【关键词】客车;发动机;水泵;气蚀【作者】李建文;丰竹慧;金强【作者单位】潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261000;潍柴动力股份有限公司，山东潍坊 261000;潍柴动力股份有限公司，山东潍坊 261000【正文语种】中文【中图分类】U464由于汽车载重量的增大及发动机动力性的提高和节能环保技术的发展，发动机需要冷却的部位越来越多，要求汽车水泵的流量和扬程也随之不断增大，同时对水泵的可靠性提出更大的挑战，比如水泵本体、水封、叶轮、轴承等的可靠性都面临挑战，其中水泵本体和叶轮的气蚀变成水泵失效一种重要模式[1-2]。
客车用发动机在工作过程中，需要水泵高速运转使冷却液不断地循环，带走发动机的热量，以避免温度过高和损坏零部件，使发动机能正常工作。
水泵工作的可靠性直接关系到发动机的可靠性，进而影响到整车的可靠性。
第4章 泵习题
第4章泵一、填空题1．透平式泵主要包括（）、（）、（）和（）。
2．容积式泵主要包括（）和（）。
3．往复泵包括（）、（）和（）。
4．回转泵包括（）、（）和（）。
5．离心泵的主要部件有（）、（）、（）、（）、轴封箱和密封环。
6．离心泵的过流部件是（）、（）和（）。
7．按流体吸入叶轮的方式可将离心泵分为（）和（）。
8．按级数可将离心泵分为（）和（）。
9．有效汽蚀余量数值的大小与（）有关，而与（）等无关，故又称其为泵吸入装置的有效汽蚀余量。
10．提高离心泵抗汽蚀性能有两种措施，一种是改进泵本身的结构参数或结构型式，使泵具有尽可能小的（）；另一种是合理地设计泵前装置及其安装位置，使泵入口处具有足够大的（），以防止发生汽蚀。
11．泵的特性曲线是由流量—（）曲线、流量—（）曲线、流量—（）曲线和流量—（）曲线组成。
12．泵的运行工况点是（）和（）的交点。
13．改变工况点有三种途径：一是（）；二是（）；三是（）。
14．改变泵特性曲线的常用调节方法有（）调节、（）调节、（）的调节、改变半开式叶轮叶片端部间隙的调节和泵的并联或串联调节。
15．改变装置特性曲线的常用调节方法有（）调节、（）调节和（）调节。
16．两台离心泵流动相似应具备的条件是（）和（），而（）仅要求叶轮进口速度三角形相似。
17．相似工况的比转数（）。
18．如果泵几何相似，则比转数相等下的工况为（）工况。
19．由比转数的定义式可知，比转数大反映泵的流量（）、扬程（）。
20．汽蚀比转数c是泵在最佳工况下的汽蚀特性参数。
c值作为相似准数，相似泵的c值（），相同流量下c值越大，NPSH r（），泵的抗汽蚀性能越（）。
21．转速固定的泵，仅有一条扬程流量曲线。
为了扩大其工作范围，可采用（）的方法，使工作范围由一条线变成一个面。
22．轴流泵的过流部件包括（ ）、（ ）、（ ）、弯管和外壳。
23．按照安装位置可将轴流泵分为（ ）、（ ）和（ ）。
24．按照叶轮上的叶片是否可调，轴流泵可分为（ ）叶片式、（ ）叶片式和（ ）叶片式。
《泵与风机》第四章-泵的汽蚀
汽蚀实验与观测
通过实验手段对泵的汽蚀现象进行 观测和分析，加深对汽蚀现象的理 解和掌握。
未来发展趋势预测
高效节能泵的研究与应用
随着节能环保意识的提高，未来将会更加注重对高效节能 泵的研究和应用，以降低能耗和减少汽蚀现象的发生。
材料硬度
适当提高材料硬度可增强 材料的抗冲击性和抗疲劳 性，从而提高泵的汽蚀性 能。
04
防止和减轻汽蚀措施研究
改进泵结构设计
减小叶轮进口直径
通过减小叶轮进口直径，可以降低叶轮进口处的绝对速度和相对 速度，从而减小汽蚀的可能性。
增大叶轮叶片进口角
适当增大叶轮叶片进口角，可以改善叶片进口处的流态，减小汽蚀 的发生。
汽蚀危害实例分析
实例一
某电厂给水泵发生汽蚀，导致泵体振动、噪音增大、效率下降。经过检查发现， 给水泵入口滤网堵塞严重，导致泵入口压力降低，引发汽蚀。清理滤网后，泵 恢复正常运行。
实例二循环水温度过高、水中含有气体以及泵入口管道设计不合理是导致汽蚀的主要 原因。采取相应措施后，问题得到解决。
新材料在泵制造中的应用
新材料的应用可以提高泵的耐腐蚀性和抗汽蚀性能，未来 将会有更多新材料应用于泵的制造中。
智能化泵的发展
随着智能化技术的不断发展，未来泵的设计和制造将更加 智能化，能够实现实时监测和自动调节，提高泵的运行效 率和稳定性。
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汽泡形成
当液体所处环境的压力低于其饱和蒸汽压时，液体内部或表面的分子会挣脱束缚，迅速蒸 发形成气泡。这些气泡不断聚集和扩大，形成汽泡。
汽泡发展
随着汽泡的形成和扩大，它们会向高压区域移动。在这个过程中，汽泡内的蒸汽会不断凝 结，释放出潜热。同时，汽泡周围的液体会被加热并加速流动。
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§4-1 水泵汽蚀
二、汽蚀类型 水泵常见汽蚀有三种类型。
1．叶面型汽蚀
2．间隙汽蚀 3．涡带汽蚀
4-1 离心泵汽蚀产生部位 1、5—叶片正面汽蚀；4—前盖 板汽蚀；2、3—叶片背面汽蚀。
图4-2 轴流泵汽蚀发 生部位
1——叶片正面汽蚀； 2——叶片背面汽蚀； 3——间隙汽蚀； 4——轮毂体表面汽 蚀；
§4-2叶片泵的汽蚀性能
三、吸上真空高度
吸上真空高度是指水泵进口处水流的绝对 压力水头Ps/ρg 小于大气压力的值，即 是安装在水泵进口处真空表的读数，用 符号Hsa表示。 1、水泵的汽蚀方程式 四、小结 2、汽蚀余量 3、吸上真空高度
§4-3水泵安装高程的确定
教学目标：掌握安装高程的确定方法 一、安装高程 水泵基准面高程称为水泵的安装高程。 水泵安装过低，使泵房土建投资增大， 施工难度增加；过高则水泵产生汽蚀。 因此，只有合理确定水泵的安装高程， 才能尽量降低泵站的造价，保证水泵的 正常运行，防止汽蚀现象的发生。
§4-3水泵安装高程的确定
二、安装高程的确定
（一）用必需汽蚀余量
（ NPSH）r计算H允吸
（二）用允许吸上 真空高度Hsa计算H允吸
§4-3水泵安装高程的确定
三、水泵安装高程的确定 水泵的安装高程为： 注意：（1）注意修正H允吸； （2）轴流泵吸水高度 四、小结 1、水泵的汽蚀现象 2、水泵的汽蚀方程式 3、水泵安装高程的确定
2 s
2 0
2 1
§4-2叶片泵的汽蚀性能
二、汽蚀余量 汽蚀余量有两种概念，一是装置汽蚀余
量，另一是必需汽蚀余量。 1．装置汽蚀余量（NPSH）a 2．必需汽蚀余量（NPSH）r
பைடு நூலகம்
§4-2叶片泵的汽蚀性能
当 （NPSH）a>（NPSH）c时，装置 给水泵提供的汽蚀余量大于该泵临界汽 蚀余量，水泵不至于发生汽蚀。当 （NPSH）a=（NPSH）c时，处于临界 状态，泵开始发生汽蚀。当（NPSH）a< （NPSH）c时，泵内发生汽蚀，泵运行 不安全。
§4-1 水泵汽蚀
三、汽蚀的危害 1、水泵性能恶化，2、水泵过流部件发 生破坏，3、产生噪音和振动 四、小结
§4-2叶片泵的汽蚀性能
一、汽蚀基本方程
泵在运行时是否产生汽蚀，与泵本身抗 汽蚀性能、泵吸水装置系统等因素有关。
p汽 ps v v w 1 2 g 2 g g 2g 2g
第四章 水泵汽蚀与 安装高程的确定
§4-1 水泵汽蚀
§4-2 叶片泵的汽蚀性能 §4-3 水泵安装高程的确定
§4-1 水泵汽蚀
教学目标:了解汽蚀现象、类型及危害。 一、汽蚀概念 水泵运行时，由于某些原因而使泵内局部位 置的压力降低到水的饱和汽化压力时，水产生 汽化，并产生大量汽泡。从水中离析出来的大 量汽泡随着水流向前运动，达到高压区时受到 周围液体的挤压而溃灭，气泡又重新凝结成水， 气泡破灭时，水流质点从四周以高速向气泡中 心冲击，产生强烈的局部水锤。这种现象就是 水泵的汽蚀现象。