水泵汽蚀、汽蚀余量、气囊危害的机理分解与处置措施.docx

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1、水泵汽蚀, 汽蚀余量、气囊危害的机理分解与处置措施目录1 .水泵汽蚀机理(饱和蒸汽压、沸点)21.1. 饱和蒸汽压：21.2. 沸腾、沸点：21.3. 水的沸腾、沸点：21.4. 汽蚀理论42 .离心泵及原理52. 1.离心泵的定义：53. 2. 离心泵原理：54. 3.扬程的概念： 65. “汽蚀”的形成及危害66. “汽蚀”危害与“气囊”危害的区别86.1, “汽蚀”危害与“气囊”危害，是容易混淆的概念。86.2, 汽蚀”与“气蚀”的区别：85.必需汽蚀余量、有效汽蚀余量85. 1.汽蚀余量(NPSH)： 85. 2.必需汽蚀余量(NPSHR)85. 3.有效汽蚀余量(NPSHA)107.

2、 4.如何解决水泵的汽蚀现象105. 4. 1. 设计、制造方面。105. 4. 2.使用方面。105. 4. 3.处理汽蚀问题实例101 .水泵汽蚀机理（饱和蒸汽压、沸点）1. 1.饱和蒸汽压：饱和蒸汽压是指蒸汽与液体保持动态平衡时的压强，由液体物质本身性质决定，饱和蒸汽压随温度升高而增大。2. 2.沸腾、沸点：1、沸腾是液体内部和表面同时发生剧烈汽化的现象，当液体的饱和蒸汽压与外界压强相等时，产生沸腾。当外界压强大于液体饱和蒸汽压时，通常仅在液体表面发生汽化（图示1左），当液体饱和蒸汽压与外界压强相等时，液体的内部和外部可同时发生汽化，开始沸腾（图示1右）。注：敞开容器中的沸腾液体，蒸汽带

3、走大量热量，温度不再升高。（图示1）2、在一定压强下，液体沸腾时的温度称为沸点，当液体所受的压强增大时，沸点升高，压强减小时，沸点降低。3. 3.水的沸腾、沸点：水的饱和蒸汽压随温度升高而增大，部分水温下的饱和蒸汽压如下（表1）：部分水温下的饱和蒸汽压（表1）温度丝：七饱和蒸汽压单位（）单位(kPa)单位（m水柱）00. 060820. 006101.22620. 125202. 33460. 238304. 42740. 451407. 37660. 7525012. 341. 2586019,9232. 0327031. 1643. 1788047. 3794. 8319070. 1367

4、. 152100101. 3310.2：绻防资源网注：数据源自网络，仅供参考!处于空气中的水，外界压强为大气压，当水的饱和蒸汽压与大气压相等时，水产生沸腾。通常，以下两种方式可使水沸腾：1、加热，可使水沸腾：水加热时，温度升高，饱和蒸汽压增大。由表1可知，当温度为100时，水的饱和蒸汽压达到101.33kPa（10.33m水柱），与标准大气压相当，发生沸腾（图示1右），也就是说，水在标准大气压下的沸点为2、降低外部压强，可使水沸腾：同理，降低外部压强，也可以使水沸腾，可以认为，当外部压强与表1右侧的某个饱和蒸汽压值相等时，表1左侧对应温度为该压强下的沸点，比如，当外部压强为0.238m水柱时，

5、对应水的沸点为20,常温下的水就沸腾了。示例：大气压与海拨高度相关，标准大气压是指海拨高度为0时的大气压，水在标准大气压下的沸点为100。海拨高度越高，大气压力越低，水的沸点也同步降低。比如，在海拨高度为6000m的高山或高原环境中，其大气压强仅为47.2kPa,这个压强大约与80水的饱和蒸汽压相当，水的沸点约80,仅需将水加热到80就沸腾了。当然，也可以通过抽空密闭容器的办法让水沸腾，比如，放置于密闭容器中的常温水(20),当密闭容器压强抽空至0.238m水柱时，水就沸腾了，20是水在这个压强下的沸点。注意，水泵汽蚀的根本原因在此：水在泵体内处于密封状态，类似于密闭容器中的水，在图示2中，取

6、水高度(h)越高，泵体内的水压越低，由表1可知，当泵体内的水压达到0.4m水柱时，沸点温度降至30C以下，沸腾的水产生大量蒸汽，并发汽蚀危害。注1：除非特别指定，本文所述的大气压，均为标准大气压，是在标准大气条件下海平面的气压，其值为101.325kPa0注2：除非特别指定，本文所述的压强，均为绝对压强，是以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起计算的压强。4. 4.汽蚀理论离心泵工作时，叶轮由原动机驱动作高速旋转运动，迫使叶片间的液体也随之作旋转运动。同时，因离心力的作用，液体由叶轮中心向外缘作径向运动，随后进入蜗壳。液体在流经叶轮的运动过程中获得动能，液流进入蜗壳后因过流面积的增大而减速，动能

7、转化为压能。即通过泵的做功，液体从低压变为高压实现物料的输送。在离心泵叶轮入口处，由于液体向叶轮外缘流动形成低压区，而入口来流还未获得叶轮的足够能量，即使无外界热量导入，也易于出现压力低于液体气化压的情况，此时泵会产生空化汽蚀现象。汽蚀是液体在流动中嬉变为汽体、再回归为液体的过程，即汽泡产生、发展及破裂的过程，从汽泡产生到消失所用的时间极短，是一个复杂的动态过程。汽化的结果就是在液体中产生很多汽泡，汽泡中充满了液体蒸汽以及少量溶解于液体中的气体。当汽泡随液体进入高压区时，汽泡就会迅速破裂，周围液体迅速填充原汽泡空穴，产生巨大的属于内向爆炸性质的冷凝冲击，随之蒸汽又重新凝结成液体，汽泡消失。汽泡

8、破裂过程中，有一部分汽泡是附着在导流组件表面上破裂凝结成液体的，这部分液体如同无数细小的高频撞击锤撞击金属表面，造成金属表面的侵蚀。2 .离心泵及原理2. 1.离心泵的定乂：离心泵是依靠叶轮高速旋转时产生的离心力把能量传递给液体，叶轮出口液流方向基本与泵轴垂直的回转动力式泵。2. 2.离心泵原理：离心泵启动时，泵体内的叶轮带动水高速旋转，水作离心运动，向外甩出，水在叶轮末端（E点）及导流壳体区域形成高压，并被压入出水管。泵体内的水被压出后，在转轴附近（D点）形成低压区，外部水在大气压的作用下进入泵体，以此循环，将水从低位输送至到高位区域。（图示2、图示3）一消历黄源列第12页共11页（图示2）

9、仆/仆（图示3）2. 3.扬程的概念：离心泵的叶轮带动水高速旋转，以离心力的方式把能量传递给水，水获得能量，出口总水头大于入口总水头，两者代数差即为扬程（m）。3 .“汽蚀”的形成及危害离心泵工作时，在转轴附近（D点）形成低压区，同时在叶轮末端（E点）和导流壳体区域形成高压区，由图示2可知，泵体内的压强随h的增加而降低，当泵体内低压区的压强达到水的饱和蒸汽压时，水会发生沸腾，产生无数蒸汽气泡，气泡进入叶轮末端（E点）及导流壳体区域时，压力剧增（远大于饱和蒸汽压），气泡瞬间溃灭，水质点高速填充气泡空间，产生频率和压力极高的水击，对叶轮和导流壳体造成损坏，并伴随噪声和水流工况失衡，这种现象就称为汽

10、蚀，危害较大。（图示3、图示4）由此可知，水泵汽蚀通常发生在叶轮末端和导流壳体区域。（图示4）（图示3）（图示4）4 .汽蚀危害与气囊危害的区别4.1. “汽蚀”危害与“气囊”危害，是容易混淆的概念。水泵运转时，吸水管路的水压降低，溶解在水中的气体可能释放出来，当吸水管路存在倒坡或局部升高时，即可形成气囊。气囊累积后可能以较大气团（气泡）的形式进入泵体，影响水泵流量扬程性能，并产生震动及叶轮损坏等类似汽蚀损害。由本文可知，管路“气囊”的危害类似于“汽蚀”，但仍有别汽蚀，参专题：水泵吸水管路-气囊危害，防范措施！4.2. “汽蚀”与“气蚀”的区别：汽蚀和气蚀，人们往往混用，但仍有区别。对于离心水

11、泵式水泵，宜以“汽蚀”为好，离心泵名词术语GB/T7021及相关标准也是采用“汽蚀”，比如本文所述的汽蚀危害、汽蚀余量等等。但对于水泵吸水管路的气囊危害，气囊中的气体成分主要是普通空气，可能用气蚀更好。5 .必需汽蚀余量、有效汽蚀余量5. 1.汽蚀余量（NPSH）：汽蚀余量可以理解为某点的总水头与汽化压力水头（饱和蒸汽压）的差值，当水处于静止时，可以理解为水压强与饱和蒸汽压的差值，这个差值应为正，否则就会发生沸腾。水泵汽蚀余量的规范定义：汽蚀余量是评价水泵汽蚀性能的重要参数，是指在水泵进口断面，绝对总水头与汽化压力水头的差，也可以理解为单位重量液体具有的超过汽化压力的富余能量，汽蚀余量的单位为

12、米。5.2. 必需汽蚀余量（NPSHR）1、从水泵原理可知，从水泵进口断面至转轴附近（D点），会有一个压降过程，这个压降由水泵性能结构确定，与外部条件无关，要使泵体内的低压区（D点）不发生沸腾，水泵进口断面必须保证足够的汽蚀余量，这个汽蚀余量扣除压降后，还可以保证D点的汽蚀余量为正，也就是说，保证D点压强不会降至汽化压力水头(饱和蒸汽压)。可以这样认为，在保证泵体内部不发生沸腾的条件下，水泵进口断面的最低汽蚀余量，就是水泵要求的必需汽蚀余量。2、必需汽蚀余量的规范定义：必需汽蚀余量是在规定的流量、转速和输送液体的条件下，泵达到规定性能的最小汽蚀余量，是保证水泵内部不发生汽蚀所必须具有的汽蚀余量

13、。注：发生汽蚀的特征包括：出现可见汽蚀、汽蚀引起的噪声和振动的增大、扬程或效率开始下降、给定降幅的扬程或效率、汽蚀侵蚀限度，等等。3、水泵进口断面至D点的压力降由水泵性能结构确定，是决定最小汽蚀余量的关键要素，通常由泵厂以20C清水在泵的额定流量下测定，根据规范要求，水泵铭牌应标注水泵进口断面的必需汽蚀余量。4、必需汽蚀余量的应用:根据必需汽蚀余量、最高工作环境温度下水的饱和蒸汽压，结合管路损失等参数，就可以计算出水泵的最大取水高度。以图示2为例，最大取水高度(h)可以这样估算：h二大气压(m水柱卜最高环境温度下的饱和蒸汽压(m水柱)-必需汽蚀余量(m).管路损失.吸水管半径(m)。注1：本公

14、式的大气压，为取水所在地的实际大气压；注2：本计算仅供参考，最终取值应考虑一定的保证余量。5. 3.有效汽蚀余量（NPSHA）有效汽蚀余量是由进水装置条件确定的、规定流量下可获得的（可利用的）汽蚀余量，有效汽蚀余量不应小于必需汽蚀余量。有效汽蚀余量是进水装置提供给水泵进口断面的汽蚀余量，对于消防水泵，是消防水池通过吸水管路提供给水泵进口断面的汽蚀余量。消防水泵采用自灌式吸水，很明显，有效汽蚀余量可完全保证必需汽蚀余量要求，通常无需校核。6. 4.如何解决水泵的汽蚀现象7. 4. 1.设计、制造方面。1）改变叶轮形状的设计及优化叶轮的结构参数，改善汽蚀产生的外部条件；2）叶片及其他水流经的部件应选用抗汽蚀性能良好的材料；3）减少吸入管的压力损失Zh、吸入管路系统包括底阀、虑水器、管路、弯头、等，使这些部位的安装设计合理，减少损失，也是降低水泵发生汽蚀现象的重要途径；4）减少泵本身必须的汽蚀余量，为此，可适当加大手级叶轮吸入口直径，或采用无底阀排水。8. 4. 2.使用方面。1）在安装允许的条件下，尽量减小泵的吸水高度。这样使泵运行中的允许汽蚀余量更大些。一般情况下安装高度在23.5m时，降低泵发生汽蚀现象。2）降低井水的密度，含煤粉和泥沙的矿井水，为了减小矿水密度以减少泵的汽蚀，应在矿井排水之前做沉淀处理。3）减小水流进泵吸入口的平均流速。5. 4. 3.处理汽蚀问