§2叶片式泵的性能及结构§2-1泵内汽蚀一、泵内汽蚀现象（水力机械的系统和设备，现象举例） 机械侵蚀（内向爆炸性冷凝冲击，微细射流）疲劳化学腐蚀（汽泡溃灭→活性气体→凝结热） 2．什么是：汽泡形成，发展，溃灭，以致使过流壁面破坏的全过程。

3、分类：移动汽蚀、固定汽蚀、旋涡汽蚀、振动汽蚀。

二、对泵运行的危害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。

2、产生噪声和振动 ：若振动产生汽泡，汽蚀产生振动→互相激励→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）。

提出问题：既然泵内汽蚀对泵运行的危害有如此之大，那么泵内汽蚀的产生与那些因素有关？又如何防止呢？一般卧式离心泵，泵轴心线距液面的垂直距离称为泵的几何安装高度，或称几何吸上高度，用符号H g 表示，如图2-3所示。

实践表明：汽蚀与泵的几何安装高度有关，它是影响泵工作性能的一个重要因素。

当增加泵的几何安装高度时，会在更小的流量下发生汽蚀，如图2-4所示。

由图可以看出，对某一台水泵来说，尽管其全性能可以满足使用要求，但是，如果几何安装高度不合适，由于汽蚀的原因，会限制流量的增加，从而使性能达不到设计要求。

因此，正确地确定泵的几何安装高度是保证泵不发生汽蚀的重要条件。

那么，如何正确地确定泵的几何安装高度呢？1、形 成： 点蚀→蜂窝状。

图 2-3 离心泵的几何安装高度图 2-4 n s =70的单级离心泵发生汽蚀的性能曲线g 2/2s υ三、泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定（H g 、H s ）我们知道，泵内产生汽蚀的原因是因流道内某一部位的液流压强过低，而泵内液流压强最低的部位是在叶轮入口附近。

因此，在使用泵时常常在泵吸入口安装一个压强指示仪表（真空计或压强计），以监测水泵的正常运行。

泵吸入口的压强与吸入侧管路系统（几何安装高度，吸入管路中的能头损失）及吸水池液面压强等密切相关。

现以图2-3为例写出吸水池液面e-e 及泵入口断面s-s 之间的能量方程式以建立它们之间的关系：则 式（2-1s-s 受大气压p a 可写成：s 2s s g g 2h H H ∑--=υ （2-2）由上式可以看出，泵的几何安装高度与吸上真空高度、吸入管流速及能头损失有关。

在标准大气压下，由于1atm=10.33mH 2O ，所以泵的几何安装高度H g 总是小于10.33mH 2O 的。

通常，如果泵是在某一定流量下运行，则及∑h s 基本上是定值，所以泵的几何安装高度H g 将随泵的吸上真空高度H s 的增加而增加。

如果吸上真空高度增加至某一最大值H smax 时，即泵内最低压强点接近液体的汽化压强p V 时，则泵内就会开始发生汽蚀。

这时，H smax 称为最大吸上真空高度，亦称临界吸上真空高度，其值由制造厂用试验方法确定。

为了保证泵不发生汽蚀，把最大吸上真空高度H smax 减去一个安全量（通常为0.3）作为允许吸上真空高度而载入泵的产品样本中，并用[H s ]表示，即：[H s ]=H smax ―0.3 （2-3）显然，为使泵在运行时不产生汽蚀，依式（2-2），允许几何安装高度可按下式确定。

即：[][]s 2s s g g 2h H H ∑--=υ （2-4） 在计算[H g ]中必须注意以下三点：（1）通常[H s ]随流量增加而下降。

用式（2-4）确定[H g ]时，必须以泵在运行中可能出现的最大流量所对应的[H s ]为准。

而泵铭牌[H s ]值则是指最高效率点流量时的[H s ]值。

（2）在泵样本或说明书中所给出的[H s ]值，是制造厂在标准条件（大气压为10.13×104Pa ，温度为20℃的清水）下由试验得出的。

当泵的使用条件与上述条件不符时，应对样本的[H s ]值按下式进行修正。

[][]()24.033.10gs s ---+='ρV a p p H H （2-5） 不同海拨高度下的大气压强值和不同水温时的汽化压强（即饱和蒸汽压强）值如表2-1和附录Ⅳ所示。

（3）立式离心泵的几何安装高度H g 是指第一级工作叶轮进口边的中心线至吸水池液面的垂直距离，如图2-5（a ）所示；大型水泵的几何安装高度H g 值，应以吸水池液面至叶轮入口边最高点距离来计算，如图2-5（b ）、（c ）所示。

【例2-1】 在海拔500m 某地安装一台水泵，其输水量q V =135L/s ，输送水温t =30℃，该泵样本上提供的允许吸上真空高度[H s ]=5.5m 。

吸水管径d =250mm ，吸水管长l =9m ，该水管上有一个90°弯头，并装有一个蝶阀，设吸入管路总损失∑h s =0.878m 。

求[H g ]应为多少？【解】 由表2-1查得海拔500m 力时大气压强p α=9.51×104Pa ，由附录Ⅳ查得水温为t =30℃时的饱和蒸汽压强p V =4246.0Pa 。

查表得30℃水的密度ρ=995.6㎏/m 3。

由式（2-5）得修正后的吸上真空高度为：[][]()24.033.10g s s ---+='ρV a p p H H ())m (67.424.033.10806.96.9950.42461051.95.54=--⨯-⨯+= 又因为：)s /m (752.2.225.014.31013544232s =⨯⨯⨯===-d q A q V V πυ )m (385.0806.92752.2g 222s =⨯=υ所以，泵的几何安装高度应为：[][])m (41.3878.0385.067.4g 2s 2s s g g =--=∑--'=≤h H H H υ四、汽蚀余量进一步提出问题：在前面，为防止泵内汽蚀，我们讨论了泵的几何安装高度与吸上真空高度的确定问题，但这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？目前，对泵内流体汽蚀现象的理论研究或计算，大多数还是以液体汽化压强p V 作为初生汽蚀的临界压强。

所以为避免泵内发生汽蚀，至少应该使泵内液体压强最低点K 的图 2-5 离心泵的几何安装高度 （a ）立式泵；（b ）大型卧式泵；（c ）大型立式泵压强p K 大于K 点液体在该温度时的汽化压强，即p K >p V 。

由于在泵的吸入口处液体压强要比泵内压强最低点的压强高，因此，为保证p K >p V ，要求吸入口液流的静压头在必须高出汽化压强的能头外，还应有一些富余能头。

这个富余能头就称为汽蚀余量（亦称净正吸上能头），以符号NPSH 表示（Net Positive Suction Head 的缩写）。

通常将汽蚀余量分为有效的汽蚀余量和必需的汽蚀余量。

（一）有效汽蚀余量1、定义 有效汽蚀余量是指泵运行时在泵吸入口截面s-s 上，单位重力液体所具有的超过汽化压强能头的富余能头（位能以中心线为基准），以NPSH a 表示，即：g2g g g NPSH 2s s s a ρυρρV V p p p E -+=-= （2-6） 式中E s 是液体在泵吸入口处的总能头，将泵吸入管路能量方程式：s 2s s g e g2g 0g 0h p H p ∑+++=++υρρ代入上式得： s g e a gNPSH h H p p V ∑---=ρ （2-7） 2、影响因素 由式（2-7）不难看出，有效汽蚀余量NPSH a 值的大小是由吸水管路系统的参数和管路中的流量所决定的，而与泵的结构无关（即泵本身的性能）。

故有效汽蚀量又称为装置（管路）汽蚀余量；泵的有效汽蚀余量NPSH a越大，表明该泵防汽蚀的性能越好。

而且由于：2s Vq h ∝∑，故当q V ↑→NPSH a ↓。

3、倒灌高度 在式（2-7）中，H g 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，反之为负。

当-H g ＞0时，称为倒灌高度，并用H d 表示，如图2-6所示。

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，即p e =p V ，则式（2-7）可改写为：NPSH a =H d －∑h s （2-9）即，凝结水泵和给水泵均应采用倒灌高度安装。

图 2-6 泵的倒灌高度 图 2-7 液流进入泵后的能量变化（二）必须汽蚀余量如前所述，泵的吸入口并不是泵内压强最低的部位。

液流进入泵后的能量变化，如图2-7所示。

由图可以看出，泵内压强最低点位于叶轮流道内紧靠叶片进口边缘的K 处，具体位置如图2-8所示的叶片进口边缘的背部而偏向前盖板处。

这主要是因为：①从泵吸入口到叶轮进口流道的过流面积一般是收缩的，所以在流量一定的情况下，液流的流速要升高，因而压强相应地降低。

②当液流流入叶轮流道，在绕流叶片头部时，液流急骤转弯，流速加大，这在叶片背面K 点处更为显著，造成液体在K 点的压强p K 急骤降低。

③以上的流速大小、方向变化均会带来流动损失和速度分布不均匀，消耗掉部分压能，使液体压强降低。

因此，只有K 处的压强p K 大于汽化压强p V 时，才能防止泵内汽蚀的发生。

1、定义 鉴于上述分析，我们把泵吸入口s-s 截面处单位重力液体所具有的能头与泵内压强最低点的静压头之差（即自泵吸入口s-s 截面到泵内压强最低点的总压降）称为必需汽蚀余量，以NPSH r 表示。

利用能量方程可以推得： 2gg 2NPSH 202201r w c g p E K s λλρ+=-= （2-10） 式中 c 0、w 0为叶片进口边前绝对速度和相对速度，m/s ；λ1、λ2为绝对速度和相对速度的变化及阻力损失所引起的压强降系数，一般情况下可取：λ1=1.0~1.2，λ2=0.3~0.4。

2、影响因素 由式（2-10）可知：决定NPSH r 值的主要因素是泵吸入室和叶轮进口处的几何形状及流速大小，与吸入管路无关，而只与泵的结构有关，故又称之为泵的汽蚀余量。

某泵NPSH r 越小，表明该泵防汽蚀的性能越好。

NPSH r 通常由泵制造厂通过试验测出。

在泵的正常工作范围内，由于NPSH r 具有流动损失的属性，故当qV ↑→NPSH r ↓。

（三）对汽蚀余量NPSH 的几点说明：1、泵运行中NPSH a 与NPSH r 的关系泵运行中有效汽蚀余量和必需汽蚀余量随着流量的变化关系如图2-9所示。

定量关系可由式（2-7）减去式（2-10）导出，即g p p V K ρ-+=r a NPSH NPSH （a ） NPSH r -q V 曲线与NPSH a -q V 曲线的交于C 点称之为临界点，相应的流量q V C 称为临界流量，此时，p K = p V 。

当q V ≥q V C 时，因p K ≤p V ，即NPSH r ≥NPSH a ，泵内将产生汽蚀；当q V <q V C 时，因p K >p V ，即NPSH r <NPSH a ，图2-9 NPSH a 和NPSH r 与流量的变化关系g 2/2s υ则泵内不会发生汽蚀，所以，应当确保泵在该区域运行。