气蚀现象与调节

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'气蚀现象与调节'
四、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度 1 离心泵的气蚀现象 泵运转时,液体在泵内压强变化如图 液体压强随着泵吸 入口向叶轮入口而下降; 叶片入口附近K处的压 强pK最低;此后由于叶 轮对液体作功,压强很 快上升。 当pK≤pv(液体的饱和蒸汽压),则液体汽化产生汽泡,汽泡随叶轮转动流向高压区,迅速凝聚或破裂。气泡消失产生局部真空,周围液体以极高流速流向原气泡占据的空间,产生了高达几万kpa的高速冲击,侵蚀叶片和叶轮,这种不正常现象称为汽蚀现象气蚀产生的后果: 1)气蚀发生时,气泡占据了液体流道的部分空间, 导致泵的Q、H、η下降;气蚀严重时,泵不能正常操 作。 2)气蚀发生时产生噪音和震动,叶轮局部在巨大冲 击的反复作用下,表面出现斑痕及裂纹,甚至呈海绵 状逐渐脱落,降低了泵使用寿命。因此,为使离心泵能正常运转,应避免产生气蚀现象,要求叶片入口附近的最低压强必须维持在某一值以上。2 离心泵的允许吸上高度(允许安装高度)Hg 离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度,指 泵的吸入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直 距离,以Hg表示。 贮槽液面0-0’与入口处1-1’两截面间列柏努利方程 2 P0 P1 u1 1 ? H ? ? ? H ? ?g g ?g 2g f 0 1 H 1' 2 g P0 ? P1 u1 H ? ? ? H ? g ?g 2g f 0 1 0 0' P1:泵入口处可允许的最小压强 Hf,0-1:液体吸入管路的压头损失 若贮槽上方与大气相通,则P0即为大气压强Pa 2 Pa ? P1 u1 H ? ? ? H ? g ?g 2g f 0 1 为子确定离心泵的Hg ,在国产的离心泵标准中,采用两种指标(允许吸上真空度和气蚀余量)来表示泵的抗气蚀性能(即吸上性能)1)离心泵的允许吸上真空度 为避免气蚀现象,泵入口处允许达到的最大真空度。 H S '? (Pa ? P1) / ?g ——离心泵的允许吸上真空度 定义式 注意:HS’ 单位是压强的单位,通常以m液柱来表示。在水泵 的性能表里一般把它的单位写成m(实际上应为mH2O)。 ? 2 将 ' 代入 P a P 1 u 1 得: H ? (P ? P ) / ?g H ? ? ? H ? s a 1 g ?g 2g f 0 1 2 u1 H ? H '? ? H ? 和 ’的关系式 g S 2g f 0 1 ——Hg HsHS’值越大,表示该泵在一定操作条件下抗气蚀性能好,安装高度Hg越高。HS’随Q增大而减小HS’是离心泵的另一性能参数,与泵的结构、流量、被输送液体的物理性质及当地大气压等因素有关。通常由泵的制造工厂实验标定,实验在大气压为10mH2O(98.1KPa)下,以20℃清水为介质进行的。实际操作与上述条件不符时,应进行换算: ? P ? 1000 ? ? ? ? v ? H S ?H S ' (H a 10) ( 3 0.24)? ? 9.81?10 ? ? Hs-操作条件下,输送液体时允许吸上真空度,m液柱 ’ Hs -泵说明书中给出的允许吸上真空高度, mH2O Ha-当地大气压,mH2O; pv-操作温度下液体的饱和蒸气压,Pa; ρ-操作温度下液体的密度,Kg/m3; 10-实验条件下的大气压强,mH2O; 0.24-实验条件下水的饱和蒸气压,mH2O; 1000-实验条件下水的密度,Kg/m3? 海拔↑→大气压力↓→Hs ↓ →Hg↓ 思考题:海拔高度和液体温度上升对允许安装高度Hg的影响?? 液体的温度↑→饱和蒸汽压↑→ Hs ↓ →Hg↓2)离心泵的气蚀余量NPSH 为防止气蚀现象发生,在离心泵入口处液体的动压 2头(u1 /2g)与静压头(p1/ρg)之和必须大于液体在操作温度下的饱和蒸气压头(pv/ρg)的数值。 2 p1 u1 pv NPSH ? ? ? ——气蚀余量定义式 ?g 2g ?g临界气蚀余量(NPSH)c 当叶轮入口附近(k-k’)最小压强等于液体的饱和蒸汽压pv 时, 泵入口处压强(1-1’)必等于某确定的最小值p1,min。 在1-1’和k-k’间列柏努利方程: 2 2 p1,min u1 pv uk ? ? ? ? H ? ?g 2g ?g 2g f 1 k ? 2 2 p1,min pv u1 uk (NPSH ) ? ? ? ? H ? c ?g 2g 2g f 1 k NPSH是离心泵的又一性能参数,当流量一定且流体流动 2进入阻力平方区时(Hf1-K只与uK 有关,与Re无关), NPSH仅与泵结构和尺寸有关。 必需气蚀余量(NPSH)r: (NPSH)c+安全量 2 p p u 2将 p 1 u 1 p v 代入 a 1 1 得: NPSH ? ? ? H g ? ? ? ? H f 0?1 ?g 2g ?g ?g ?g 2g pa pv 和 的关系式 H ? ? ? (NPSH ) ? H ? ——Hg NPSH g ?g ?g r f 0 1 离心泵的气蚀余量也是由生产泵的工厂标定(条件同Hs′)。使用时理论上应校正,因一般校正系数小于1,故把它作为外加的安全因数,不再校正。 ?NPSH随Q增大而增大3 离心泵的实际安装高度 离心泵的实际安装高度应小于允许安装高度,一般比允许 值小0.5~1m。 H g实 ? H g ? (0.5 ~ 1)m注意: 1)离心泵的允许吸上真空度和允许气蚀余量值是与其流量 有关的,大流量下NPSH较大而HS’较小(Hg减小),因此,必 须注意使用最大额定流量值进行计算。 2)离心泵安装时,应尽可能减少Hf,0-1 (Hf,0-1 ↑→Hg↓) , 注意减少吸入管路的弯头、阀门等管件。 例 某台离心泵从样本上查得允许吸上真空高度Hs’ =6m,当地大气压为9.74mH2O,若夏季平均水温为40℃, 此时水的饱和蒸汽压为0.75mH2O。问修正后的Hs应为多 少?若吸入管路的压头损失为1mH2O,泵入口处动压头为 0.2mH2O。问该泵安装在离水面5m高度处是否合适?解: Hs =[Hs’ +(Ha-10)-(Hv-0.24)] ×1000/992 =[6+(9.74-10)-(0.75-0.24)] ×1000/992 =5.75m 泵的安装高度为: 2 Hg=Hs- u1 /2g- Hf =5.75-0.2-1 =4.55m<5m 故泵安装在离水面5m高度处不合适。五、离心泵的工作点与流量调节 当离心泵安装在一定的管路系统中工作时,其压头和流量不仅与离心泵本身的特性有关,而且还取决于管路的工作特性。1 管路特性曲线与泵的工作点 1)管路特性曲线 管路特性曲线 流体通过某特定管路时所需的压头与液体 流量的关系曲线。 在截面1-1´与 2-2´ 间列柏努利方程式,并以1-1´截面为基准水平面,则液体流过管路所需的压头为: ?p ?u 2 H ? ?z ? ? ? H e ?g 2g f 与管路中液体流量无关,在输液高度 ?p??z ? ?g ? 和压力不变的情况下为一常数,以符 号K表示。 若贮槽与受槽的截面都很大,该处? u 2 ? 2 g 0 流速与管路相比可忽略不计. 上式简化为 H e ? K ? H f l ? l u 2 l ? l Q 1H ? (? ? e ? ?) ? (? ? e ? ?)( )2 ( ) f ? ? ? d 2g d d 2 2g 4 l ? l 8 ? ? ? e ? ? 2 ( ? ) 2 4 Q d ? d g 式中Q为管路系统的流量,m3/s
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