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1、第四章 叶片式流体机械的空化理论,第一节 流体机械的空化与空蚀机理,一、空化与空蚀机理,1.空化现象,当PPv ，开始气化，形成空穴（即气泡），当气泡到高压区则气泡内的蒸汽重新凝结，气泡溃灭，另外还伴随着一系列物理、化学现象，这叫空化。,2.空化的发展及溃灭及空化的类型,类型：,4.空蚀机理,冲击波模式,水射流模式,冲击波模式,水射流模式,第一节 流体机械的空化与空蚀机理,二、空蚀破坏的类型及其对水泵性能的影响,1.空蚀破坏的类型,间隙空化与空蚀,空腔空化与空蚀,1）缩短泵的使用寿命：粗糙多孔显微裂纹蜂窝状或海绵状侵蚀呈空洞。,对泵运行的危害,2）产生噪声和振动：若振动产生汽泡，汽蚀产生振动互
2、相 激励汽蚀共振。,3）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）。,那么泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？,一、泵的几何安装高度与吸上真空高度,列吸水池液面e-e及泵入口断面s-s之间的能量方程式有：,第二节 泵的安装高度与汽蚀余量,吸水池液面为大气压pa 时，令,称为吸上真空,高度，则上式变为：,当qV=C时，Hg ( Hs) ，存在 HsmaxpsminpkpV时，泵内开始发生汽蚀。Hsmax值由制造厂用试验方法确定。,为保证泵不发生汽蚀，把Hsmax减去一个安全量K，作为允许吸上真空高度而载入泵的产品样本中，并用Hs表示，即：,在计算Hg 中必须注意以
3、下三点：,（1）Hs (qV)。确定Hg 时，必须以泵在运行中可能出现的最大流量所对应的Hs 为准。,（2） Hs值是泵制造厂在 pa=1.013105 Pa，t =20 的清水下由试验得出的。当使用条件变化时，应对样本的Hs 值进行修正。,大气压头,饱和蒸汽压头,（3）为提高泵的允许几何安装高度，应尽量减少吸入管路的速度水头和阻力损失。,【例】 在海拔500m某地安装一台水泵，其输水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】 由表查得海拔500m力时
4、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 =4.2365kPa。查表得30水的密度 =995.6/m3。修正后的吸上真空高度为：,又因为：,所以，泵的几何安装高度应为：,二、汽蚀余量,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，泵内汽蚀的产生还与那些因素有关？又如何防止呢？,泵内流体汽蚀现象理论：液体汽化压强（pV）为初生汽蚀的临界压强。,称泵吸入口液流总能头高于汽化压强能头外的富余能头为汽蚀余量，以符号 NPSH 表示。汽蚀余量可分为有效汽蚀余量和必需汽蚀余量。,当泵内刚发生汽蚀时，必有：,ps pK=pV 。,
5、1.有效汽蚀余量,3）倒灌高度,在火力发电厂中, 凝结水泵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,应注意的是：Hg 值的正、负以吸入池液面为基准，当泵轴高于吸水液面时为正。,2.必需汽蚀余量,1）定义,利用能量方程可以推得：,3.对汽蚀余量h的几点说明,1）泵运行中ha 与hr 的关系,2）临界汽蚀余量hc 和允许汽蚀余量 h的关系,3） h与Hg 的关系,所不同是：使用上式不需要进行修正，只要把使用地点条件下的参数值直接代入即可。,【例】 有一单吸单级离心泵，流量qV =68m3/h，hc=2m，从封闭容器中抽送温度为 40清水，容器中液面压强为 8.829kPa ，吸入管
6、路阻力为0.5m， 试求该泵的允许几何安装高度是多少？ 已知水在40时的密度为992/m3。,计算结果Hg为负值, 故该泵的叶轮进口中心应在容器液面以下2.65m。,三、汽蚀相似定律及汽蚀比转速,1.汽蚀相似定律,问题的提出：对几何相似的泵，在相似的运行工况下，其必需汽蚀余量如何换算？,实践表明：由于尺寸效应以及转速效应的影响，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25%的范围内为宜。,那么，转速高低对必需汽蚀余量换算误差的影响如何呢？,1、当n 时, qV进口处反向流主流p，游离气体析出，hr 的试验值换算值，则换算值偏于不安全。,2、当n时，进口处流速增大且分布均匀，液体泵
7、进口低压区的时间，汽泡发生，hr 的试验值换算值， 则换算值偏于安全。,2.汽蚀比转速,1）问题的提出： 必需汽蚀余量只能反映某一台泵汽蚀性能的好坏，而不能对不同泵进行汽蚀性能的比较，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，并称之为汽蚀比转速，其构造方法和泵的比转速的推导过程类似。,2）对汽蚀比转速的几点说明,（1） c 值依max值确定。 c 值越大，泵抗汽蚀性能越好。,（2）c值是一个综合性汽蚀相似特征数, 同H 值无关。若两台泵入口通流部分几何和运行工况相似，则c值相等，表示两台泵具有相同的抗汽蚀性能。,（3）要提高泵的抗汽蚀性能，只需研究泵入口通流部分的几何参数关系。,（4
8、）对于双吸叶轮， 应以其qV /2 代入c值的表达式中。,（5）汽蚀比转速的大致范围如下：,第三节 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入手：,一、降低必需汽蚀余量以提高泵抗汽蚀性能的措施,1多级泵首级叶轮采用双吸式,多级泵首级叶轮采用双吸式，在qV、n和c相同的情况下，其必需汽蚀余量变为单吸叶轮的必需汽蚀余量的0.63 倍？如国产125MW 和 300MW汽轮发电机组的给水泵首级叶轮均采用双吸式。,2加装诱导轮,其加压和强制预旋w0 hr；其轴向流道宽而长，汽泡后，只能沿其外缘运动，因 p 溃灭， 限
9、制汽泡, 不致使阻塞整个流道。在安装诱导轮之后，c 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。,尽可能地减少吸入管路的附件，合理地加大吸入管道的d，尽量缩短吸入管道L。,1、减少吸入管路的阻力损失,3、设置前置泵,二 、提高有效汽蚀余量以防止泵汽蚀的措施,2、合理的选择泵的几何安装高度Hg,对给水泵和凝结水泵采取Hd。确定Hg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。,单机容量锅炉给水泵的t 和n泵入口ha除氧器的Hd, 安装困难且不经济。为此，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泵的方法。 给水经前置泵升压，相当于pe
10、 /gha。,（1）规定首级叶轮的汽蚀寿命。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。,（2）泵应在规定转速下运行，不得超速。因为当n泵的hr，则泵的抗汽蚀性能将显著降低。,（3）不允许用泵的吸入系统上的阀门调节流量。否则，将导致吸入管路的hwha。,三、运行中防止汽蚀的措施,（4）泵在运行时若发生汽蚀，可以设法减小流量，或降低转速。,受到使用和安装条件的限制不能完全避免发生汽蚀的泵，应采用抗汽蚀性能好的材料制成叶轮，或将这类材料喷涂在泵壳、叶轮的流道表面上，以便延长叶轮的使用寿命。,四、首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料,1、泵运行时，为什么应规定出泵的最大允许流量和最小允许流量？,2、泵转速变化较大时，为什么用汽蚀相似定律换算的必需汽蚀余量与试验值存在误差？ 高低转速的误差偏差方向一样吗？为什么？何时换算值偏于不安全？,3、泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？,4、在火力发电厂中, 凝结水泵和给水泵为什么要采用倒灌高度？倒灌高度受哪些因素制约，如何解决？,思考题,