水泵的汽蚀

第五章水泵的汽蚀主要内容(一)水泵汽蚀的产生和危害(二)水泵安装与产生汽蚀的关系(三)水泵的汽蚀余量(四)相似原理在汽蚀性能研究中的应用(五)水泵抗汽蚀性能的改进（一）水泵汽蚀的产生和危害1、水泵汽蚀的产生过程当水泵流道中的液体流动到某处的压力等于或低于相应的汽化压力P v时，液体会发生汽化产生大量汽泡，当汽泡流动到高压区，在高压作用下迅速凝结而破裂，对流道表面材料形成极大的、反复的冲击，造成疲劳侵蚀或剥蚀，即为水泵汽蚀的产生过程。

２水泵汽蚀的危害①噪声和振动水泵发生汽蚀过程中，从水泵吸入口（低压区域）到出水口（高压区域），大量的汽泡将不断地产生、发展、凝结、破裂所带来的反复不断高速的冲击和极大的脉动力，会伴随着会引起严重的噪声和剧烈的振动。

②对水泵材料产生破坏由于大量汽泡不断地产生、破裂带来高速冲击，形成极大脉动冲击力，反复不断作用在水泵流道表面，所谓“滴水穿石”，金属材料常常由于经受不起这种严峻考验而产生破坏或失效（P94图4-2）③水力性能大幅下降（P94图4-3）水泵发生汽蚀时由于大量汽泡堵塞流道的过流截面而使流量下降（流道越小越严重），同时改变了水流速度和方向，降低了流体从叶轮叶片所获能量，大大减小了水泵的扬程(二) 水泵安装与产生汽蚀的关系水泵是否产生汽蚀与水泵安装高度直接相关，如图中所示H g越大，泵入口S-S截面上的压力就会越低，则越容易发生汽蚀。

显然，H g不可能任意增大，一般应有个限定值，但作为用户又应该如何来确定H g呢？首先，以水面为基准列水面e–e至泵的进口s–s的“伯方”：e≈0,得：上式称为几何安装高度理论计算式，当右端第一项P e为大气压时，用户可知一般应Ｈg ＜10m，但还必须确定出其他变量，才能具体求解Ｈg，其中：V s──水泵进口流速，可由运行工况点的流量确定。

h w──吸入管道的流动损失，由用户管路设计所确定。

P s──水泵进口压力，与不同流量工况下的水泵自身的特性相关，用户难以确定。

因此，hHVpVpwgsseegggg+++=+2222ρρ应由生产厂向用户提供各种泵在不同流量下所对 应的值作为参考。

通常，生产厂通过试验测得泵在不同流量下 所对应的相对压力──真空度（也称真空高度）， 用H s 表示（如图中所示的“H s ─Q”特性曲线）， 即：真空高度Hs 实际上是一个发生汽蚀的临界值，为尽量避免发生汽蚀，生产厂提供给用户时应该留出一个安全量，国内水泵行业统一规定将试验所得Hs 减去0.3m ，即为泵的允许吸上真空度：（参见 “[H s ]─Q”曲线)，将［Ｈs ］代入水泵的几何安装高度的理论求解式，用户就得到了允泵安装高度设计所需注意的几个问题：（1）将额定工况的真空高度留出0.3m 的安全量后，再计算水泵的几何安装高度，是防止水泵在运行中发生汽蚀的前提条件吗？由于［Ｈs ］随Ｑv 变化，故水泵的［Ｈg ］也将随Ｑv 变化，而实际上是不可能随着Q v 的变化来改变安装高度的。

所以，工程上为了在任何工况下均确保不发生汽蚀，就不能以额定流量工况，而必须取水泵的最大流量工况的［Ｈs ］（最小值）进行计算。

（2）水泵一旦确定后，从用户方面如何提高［Ｈg ］？水泵一旦确定后，为尽可能提高［Ｈg ］，从用户方面来说，可采取的尽可能提高［Ｈg ］的措施： ①减小水平进口管路的长度； ②减少进口管路弯管和变径等； ③尽量增大进口管路的直径；④其它能够降低进口流动损失h w 和进口流速V s 的措施。

（3）当用户使用条件与标态偏离较大时，怎样才能确保水泵不会发生汽蚀？国标规定生产厂应在标准状态条件下（水温20℃、标准大气压）进行水泵性能试验，当用户的当地的大气与水温条件与标态偏离较大时，必须进行修正才能确保水泵不会发生汽蚀（参见P96，公式4-5、表4-1、表4-2）。

注意：考试中不允许翻书，如果出现该类型题目，题中的条件中一定是已经给出了！务必注意。

(三) 水泵的汽蚀余量水泵是否会发生汽蚀，是关系到系统和设备能否正常运行和使用寿命，甚至是否会出现人身事故的大事。

因此要在系统和设备的设计规划阶段做出正确分析判断，就必须从系统与设备两方面进行综合分析与研究，参见P100，图4-11，图中：gg pp Hs e sρρ-=[]3.0-=H H s s①由水泵吸入装置系统确定的有效余量⊿ha （m)：水泵吸入口处单位重量液体所具有超过其汽化压力的富余能量值，其值取决于水泵吸入装置的阻力损失特性。

显然⊿ha 越大约好。

②由水泵入口流道自身确定的必需余量⊿hr （m) ：水泵吸入口处与水泵进口流道内的压力最低点处的压差，其值取决于水泵入口流道自身的阻力损失特性，显然⊿hr 越小约好。

③由水泵自身和吸入装置系统共同确定的汽蚀余量⊿h （m) ：可见，水泵是否容易发生汽蚀（即⊿h 的大小）是由系统与水泵共同决定的。

结论：有效余量⊿ha 与必需余量⊿hr 之间的关系（参见P102，图4-13）：有效余量⊿ha-Q 曲线与必需余量⊿hr-Q 的交点为发生汽蚀的临界点，其左侧为安全区，右侧为汽蚀区（1）系统有效汽蚀余量的求解有效汽蚀余量为水泵吸入口处单位重量液体所具有超过其汽化压力的富余能量值：──富余能量值（有效汽蚀余量）由P97，公式4-1(从水面至水泵进口断面的伯努利方程)：─→若吸水池较大，可令式中Ve=0，代入有效汽蚀余量公式，得到：由此式可研究运行条件对Δha 的影响。

水泵系统的各种主要运行条件变化对系统有效汽蚀余量Δha 影响： ① 流量对系统有效汽蚀余量Δha 影响当流量发生变化，而其他条件不变时，由于吸入管路中的流动损失hw 与流量的平方成正比。

如图所示，当流量增大时Δha 减小，发生汽蚀的可能性增加。

② 工作介质温度对系统有效汽蚀余量Δha 影响泵所输送工作介质的温度发生变化，而其它条件不变时，由于对应的汽化压力P v 与工作介质的温度成正比，所以当水泵所输送工作介质的温度增大时，P v 随之增大，导致系统有效汽蚀余量Δha 减小，发生汽蚀的可能性增加。

③ 吸入水面高度对系统有效汽蚀余量Δha 影响水泵吸入口与水面之间的吸入高度H g 越大入口压力越低，发生汽蚀的可能性越大。

水泵吸入口与水面之间的倒灌高度H g 越大，水泵入口压力越高，发生汽蚀的可能性越小。

hpVp a Vs s g g g ∆=-+ρρ)2(2hH V p V p w g ss e e g g g g +++=+2222ρρh H Vp Vp w g e e s sg g g g --+=+2222ρρ④ 吸入水面压力对系统有效汽蚀余量Δha 影响当水泵从高于它的容器进水时，容器内的吸入水面压力P e 越大，则水泵入口压力越高，发生汽蚀的可能性越小。

∵当P e 与饱和蒸汽压P v 相等时： ∴注： 当H g 为吸入高度时取正值，反之如H g 为倒灌高度时取负值。

（2）水泵必须汽蚀余量的求解如P100，图4-11所示，水泵入口阻损： ①s → b:水泵集流段收缩损失 ②b → k:沿程流动与局部冲击 ③o → k:叶片进口绕流与阻塞可见水泵叶轮进口流道内压力最低点处通常在叶片进口边稍后的 k 点。

根据定义，水泵必须汽蚀余量为水泵吸入口 s 点与 k 点的压差：为求解Δhr ，需要求解从s → k 的总压降，确定k 点压力。

为求解s →k 总压降，我们分别列出s →o 与o →k 的“伯方”：首先列o →k“伯方”：由o 点速度三角形：∵o ～k 间距很小,∴流动损失h w (o ～k)≈0，且Z o =Z k ，u o =u k 代入上式得：─→令则gg phH phV w g e a ρρ---=∆)()(hH h w g a --=∆gg g pVp hk s sr ρρ-+=∆)2(2hVp ZVp Zk o W k k k o oo gg g g )(2222→+++=++ρρhuW p ZuW p Zk o W kk k k o o o o gg g g )(222222→+-++=-++ρρg g g g Wp W p kk o o 2222+=+ρρg o k g g W W W p p o k o 2122⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ρρ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛122W W o k λggg Wpp o k o 222λρρ+=再列s →o“伯方”：∵s ～k 之间流动损失很小，∴h w (s ～o)≈0，且Z s ≈ Z o代入上式得： ─→将上式与前页所推出的公式： 联立得： ─→上式中的左面部分正是水泵的必须汽蚀余量：──上式称为水泵必须汽蚀余量基本方程（简称汽蚀基本方程）在必须汽蚀余量基本方程中，为了对前面关于流动损失为零等假设条件进行修正，可将式中第一个绝对速度项乘以一个修正系数λ1，即得到了修正后的汽蚀基本方程：由上式可知，必需汽蚀余量Δhr 随着水泵流量的增加，呈一条逐渐上升曲线。

即流量越大，水泵入口至叶片进口处的压降越大，也就越容易发生汽蚀。

（3）有效汽蚀余量与必需汽蚀余量的关系可见，水泵是否容易发生汽蚀是由系统的有效汽蚀余量特性与水泵自身的必需汽蚀余量特性（参见P102图4-13中Δh a ─Q v 曲线与Δh r ─Q v 曲线）共同决定的。

如所示，随着水泵流量的增加，当水泵的必需汽蚀余量≥水泵系统的有效汽蚀余量时，将会发生汽蚀。

图中两条曲线的交点称为临界汽蚀状态点，所对应的流量Ｑv c 称为临界流量。

所以，管网系统确定后调节流量工况时，应使水泵自身的必需余量尽可能越小越好。

为避免发生汽蚀要求：⊿ha -⊿hr ≥0当:⊿ha =⊿hr = ⊿h c (⊿h c ──临界汽蚀余量) 即为发生汽蚀的临界点。

通常国标规定将临界汽蚀余量⊿h c 加一个安全余量，即得允许汽蚀余量：[⊿h]=(1.1～1.3)⊿hc或[⊿h ]= ⊿h c ＋Ｋ，一般取：Ｋ＝０.３（4）根据允许汽蚀余量确定泵的安装高度H g以往国内的用户通常根据水泵生产厂所给出的，通过试验测得水泵进口在不同流量下，所对应的相对压力──真空度H s （也称真空高度），来确定水泵的允许安装高度：hV p ZVp Zo s W o o o s s sgg g g )(2222→+++=++ρρg g g g V p V p o o s s 2222+=+ρρg g g g VV p pos s o 2222-+=ρρgg g Wppo k o 222λρρ+=g g g g g WpVV p o k o s s 2222222λρρ+=-+g g g g g WVp V p oo k s s 2222222λρρ+=-+g g g g g WVp V p hoo k s s r 2222222λρρ+=-+=∆ggWVh r 2222201λλ+=∆[][]hV H H wssgg --=22但是，由于试验过程中为确定水泵允许安装高度H g ，应用计算公式：求解真空高度时，假设水面压力P e 为大气压P a 后得出H s ，同时需要计算水泵进口处的流动速度Vs ，比较繁琐且在许多系统中的吸入水面的压力并非是大气压（如电厂锅炉给水泵或凝结泵）。