汽蚀余量计算方法和例子.docx

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汽蚀余量计算方法和例子

汽蚀余量之马矢奏春创作

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基本概念

　　泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会发生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属概况发生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超出汽化压力的富余能量。

单位用米标注，用（NPSH）r。

吸程即为必须汽蚀余量Δh：

即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的装置高度，单位用米。

吸程=尺度大气压（10.33米）-临界汽蚀余量-平安量（0.5米）

　　尺度大气压能压管路真空高度10.33米。

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汽蚀现象

　　液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便发生汽泡。

把这种发生气泡的现象称为汽蚀。

汽蚀时发生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以致破灭。

这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。

　　泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，发生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。

在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间发生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属概况，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。

　　在水泵中发生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。

水泵发生汽蚀后除了对过流部件会发生破坏作用以外，还会发生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不克不及正常工作。

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汽蚀余量

　　指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）暗示，具体分为如下几类：

　　NPSHa——装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量，越大越不容易汽蚀；

　　NPSHr——泵汽蚀余量，又叫必须的汽蚀余量或泵进口动压降，越小抗汽蚀性能越好；

　　NPSHc——临界汽蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量；

离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近的K点上，液体压力pK最低。

此后由于叶轮对液体作功，液体压力很快上升。

当叶轮叶片入口附近的压力pK小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力pv时，液体就汽化。

同时，使溶解在液体内的气体逸出。

它们形成许多汽泡。

当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加（有的可达数百个大气压）。

这样，不但阻碍液体正常流动，尤为严重的是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属概况。

其撞击频率很高（有的可达2000～3000Hz），于是金属概况因冲击疲劳而剥裂。

如若汽泡内夹杂某种活性气体（如氧气等），它们借助汽泡凝结时放出的热量（局部温度可达200～300℃），还会形成热电偶，发生电解，形成电化学腐蚀作用，更加速了金属剥蚀的破坏速度。

上述这种液体汽化、凝结、冲击、形成高压、高温、高频冲击负荷，造成金属资料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为气蚀。

　　离心泵最易发生气蚀的部位有：

　　a.叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边沿的低压侧；

　　b.压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边沿低压侧；

　　c.无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外圆与壳体之间的密封间隙以及叶梢的低压侧；

　　d.多级泵中第一级叶轮。

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提高离心泵抗气蚀性能措施

（1）改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计。

增大过流面积；增大叶轮盖板进口段的曲率半径，减小液流急剧加速与降压；适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线形，也可以减少绕流叶片头部的加速与降压；提高叶轮和叶片进口部分概况光洁度以减小阻力损失；将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受作功，提高压力。

（2）采取前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。

　　（3）采取双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。

　　（4）设计工况采取稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。

但正冲角不宜过大，否则影响效率。

　　（5）采取抗气蚀的资料。

实践标明，资料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。

（1）增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量。

（2）减小吸上装置泵的装置高度。

　　（3）将上吸装置改为倒灌装置。

　　（4）减小泵前管路上的流动损失。

如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。

　　以上措施可根据泵的选型、选材和泵的使用现场等条件，进行综合分析，适当加以应用。

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计算公式

　　什么叫气蚀余量？

什么叫吸程？

各自计量单位及暗示字母？

　　答：

泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会发生液体汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下叶轮等金属概况发生剥落，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，气蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液全所具有的超出汽化压力的富余能量。

单位为米液柱，用（NPSH）r暗示。

　　吸程即为必须气蚀余量Δ/h：

即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许几何装置高度。

单位用米。

吸程=尺度大气压（10.33米）--气蚀余量--平安量（0.5）尺度大气压能压上管路真空高度10.33米

　　例如：

某泵必须气蚀余量为4.0米，求吸程Δh（早5.67米高度内可防止汽蚀）

●必须汽蚀余量：

单位重量液体从泵吸入口截面至泵压强最低点的压降。

这个参数反映的是泵自己的汽蚀特性。

泵吸入口压强一定的话，必须汽蚀余量越大，证明泵压强最低点压强越低，泵就越容易汽化。

"W'k0d-h4n8U1N4d）R有效汽蚀余量：

在泵的入口处，单位重量液体具有的超出汽化压强的富裕能量。

这个参数越大，泵汽蚀的可能性就越小。

装置汽蚀余量=有效汽蚀余量，两者是一个意思

●

汽蚀余量主要是衡量泵吸上能力的一个参数。

我们都知道一个尺度大气压约等于10m水柱，也就是说如果把泵放到一个很

深的水池子上面，水面与大气是相通的，这时让泵将水向外排，泵最大的可能性是使水面下降到与泵轴线垂直距离10m的地方，

-w0_1T/}&M9E如果泵继续运转，这时的水面也不成能再下降了。

泵也无法向外继续送水，其排出的将是气，这种状态，我们把它叫汽蚀。

但

实际上泵是无法完全让水面下降到与其轴线垂直10m距离，多少会剩下一部分。

剩下这部分水如果也以m为单位来计算的话，就

K7]9I&a9{5H3q5v是这台泵的汽蚀余量，也叫泵的必须汽蚀余量NPSHr，通常这个值是泵厂以20℃清水在泵的额定流量下测定的，单位是米。

NPSHr越小说明泵的吸上性能越好。

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F!

Q.r$e）p+a+C;y  V  z:

m#_/U  但在现实工况中，泵不都是垂直安顿在液面上的，泵入口的阻力通常是由于入口管路的摩擦力、入口弯头、阀门的阻力造

成的，而不是由泵吸入管内的液体的垂直重力造成的，即由泵以外的装置系统确定的。

这种装置汽蚀余量NPSHa，也叫有效汽蚀

3^1a）q"F!

c:

s!

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余量或可用汽蚀余量，单位也是米。

其数值是即定的，也就是管路装置确定了，其NPSHa也就确定了。

  那么，既然装置汽蚀余量NPSHa确定了，如何包管泵正常工作，不发生汽蚀呢？

那就必须使泵的必须汽蚀余量NPSHr和装置

:

H+e  M%Y0q3I汽蚀余量NPSHa间有一个平安裕量S，即满足NPSHa-NPSHr≥S。

7g;?

（J9\9Z'@（u'Z  对于一般离心泵，S通常取0.6～1.0m。

●允许吸上真空度与临界汽蚀余量的关系说明如下：

　　允许吸上真空度是将试验得出的临界吸上真空度换算到大气压为0.101325MPa和水温为20°C的尺度状况下，减去0.3m的平安裕量后的数值。

　　临界汽蚀余量与允许吸上真空度之间的关系按下式计算：

　　　　（NPSH）c=（Pb-Pv）×106/pg+v21/2g-Hsc=（Pb-Pv）×106/pg+v21/2g-（Hsa+0.3）式中：

（NPSH）c——临界汽蚀余量，m；　　　　　Pb——大气压力（绝对），MPa；　　　　　Pv——汽化压力（绝对），MPa；　　　　　p——被输送液体的密度，kg/m3；　　　　　g——自由落体加速度，m/s2（取9.81）；　　　　　V1——进口断面处平均速度，m/s；　　　　　Hsc——临界吸上真空度，m；　　　　　Hsa——允许吸上真空度，m。

∙管道离心泵的装置关键技术：

水泵装置高度即吸程选用

  一、离心泵的关键装置技术

　　管道离心泵的装置技术关键在于确定水泵装置高度（即吸程）。

这个高度是指水源水面到水泵叶轮中心线的垂直距离，它与允许吸上真空高度不克不及混为一谈，水泵产品说明书或铭牌上标示的允许吸上真空高度是指水泵进水口断面上的真空值，而且是在1尺度大气压下、水温20摄氏度情况下，进行试验而测定得的。

它并没有考虑吸水管道配套以后的水流状况。

而水泵装置高度应该是允许吸上真空高度扣除了吸水管道损失扬程以后，所剩下的那部分数值，它要克服实际地形吸水高度。

水泵装置高度不克不及超出计算值，否则，水泵将会抽不上水来。

另外，影响计算值的大小是吸水管道的阻力损失扬程，因此，宜采取最短的管路安插，并尽量少装弯头等配件，也可考虑适当配大一些口径的水管，以减管内流速。

　　应当指出，管道离心泵装置地点的高程和水温分歧于试验条件时，如当地海拔300米以上或被抽水的水温超出20摄氏度，则计算值要进行修正。

即分歧海拔高程处的大气压力和高于20摄氏度水温时的饱和蒸汽压力。

但是，水温为20摄氏度以下时，饱和蒸汽压力可忽略不计。

　　从管道装置技术上，吸水管道要求有严格的密封性，不克不及漏气、漏水，否则将会破坏水泵进水口处的真空度，使水泵出水量减少，严重时甚至抽不上水来。

因此，要认真地做好管道的接口工作，包管管道连接的施工质量。

  二、离心泵的装置高度Hg计算

　　允许吸上真空高度Hs是指泵入口处压力p1可允许达到的最大真空度。

　　而实际的允许吸上真空高度Hs值其实不是根据式计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。

位应注意的是泵样本中给出的Hs值是用清水为工作介质，操纵条件为20℃及及压力为1.013×105Pa时的值，当操纵条件及工作介质分歧时，需进行换算。

（1）输送清水，但操纵条件与实验条件分歧，可依下式换算

　　Hs1＝Hs＋（Ha－10.33）－（Hυ－0.24）

（2）输送其它液体当被输送液体及反派人物条件均与实验条件分歧时，需进行两步换算：

第一步依上式将由泵样本中查出的Hs1；第二步依下式将Hs1换算成H΄s

　　2汽蚀余量Δh

　　对于油泵，计算装置高度时用汽蚀余量Δh来计算，即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的装置高度，单位用米。

用汽蚀余量Δh由油泵样本中查取，其值也用20℃清水测定。

若输送其它液体，亦需进行校正，详查有关书籍。

吸程=尺度大气压（10.33米）-汽蚀余量-平安量（0.5米）

尺度大气压能压管路真空高度10.33米。

例如：

某泵必须汽蚀余量为4.0米，求吸程Δh？

解：

Δh=10.33-4.0-0.5=5.83米

　　从平安角度考虑，泵的实际装置高度值应小于计算值。

当计算之Hg为负值时，说明泵的吸入口位置应在贮槽液面之下。

　　例2-3　某离心泵从样本上查得允许吸上真空高度Hs=5.7m。

已知吸入管路的全部阻力为1.5mH2O，当地大气压为9.81×104Pa，液体在吸入管路中的动压头可忽略。

试计算：

（1）输送20℃清水时泵的装置；

（2）改为输送80℃水时泵的装置高度。

　　解：

（1）输送20℃清水时泵的装置高度

　　已知：

Hs=5.7m

　　Hf0-1=1.5m

　　u12/2g≈0

　　当地大气压为9.81×104Pa，与泵出厂时的实验条件基底细符，所以泵的装置高度为Hg=5.7-0-1.5=4.2m。

（2）输送80℃水时泵的装置高度

　　输送80℃水时，不克不及直接采取泵样本中的Hs值计算装置高度，需按下式对Hs时行换算，即

　　Hs1＝Hs＋（Ha－10.33）－（Hυ－0.24）

　　已知Ha=9.81×104Pa≈10mH2O，由附录查得80℃水的饱和蒸汽压为47.4kPa。

　　Hv=47.4×103Pa＝4.83mH2O

　　Hs1＝5.7+10－10.33－4.83+0.24=0.78m

　　将Hs1值代入式中求得装置高度

　　Hg=Hs1－Hf0-1=0.78－1.5=－0.72m

　　Hg为负值，暗示泵应装置在水池液面以下，至少比液面低0.72m。

∙sunpengyu1（2008-4-3009:

39:

56）

PVC管上有孔，在退潮时不是有空气么，那就吸不出水了啊

∙pumpvalve（2008-4-3013:

37:

26）

水泵的装置高度主要有两方面的影响,其一是影响平安性,其二是影响经济性。

一、先说对平安性的影响,装置高度会影响水泵入口的真空度和管路系统的水击。

1.装置高度会影响水泵入口的真空度，我们知道水泵入口的真空度是一个十分重要的参数，对性能影响特别大，入口的真空度太小的话，水泵打不上水；真空度太大的话，管路部分管段汽化或泵入口汽化引起汽蚀。

（1）入口的真空度太小的话，水泵打不上水，主要是因为大气压和入口的真空度的压差缺乏以克服管路损失和提高能头；

（2）太大的话，泵入口汽化引起汽蚀，这个也容易理解，汽蚀原本就和入口压强有关；

（3）太大的话，管路部分管段汽化，只要低于汽化压力就汽化，这个也容易理解，主要是管路部分管段汽化对管路系统性能曲线的影响，这个很少有人关注，这个影响和汽化的程度以及汽化的分歧阶段有关（实质是两相流情况下的性能曲线），性能曲线出现动摇形状，使之和泵性能曲线有多个交点，从而引发管路系统流动动摇和振动，甚至诱发汽蚀（和

（2）中所说汽蚀还是有点区此外）。

2.装置高度和水击有关，根据水泵装置位置分歧，可能出现正或负水击，只要搞水泵的人，这一点还是都知道的。

二、装置高度对经济性的影响

装置高度对经济性的影响主要体现在变速调节方面，装置高度较低的话，管路系统的静装置扬程低，从而使变速调节在整个调节范围内坚持高效。

三、对于一些特殊情况，比方没有入口管路，只有入口肘形段的水泵，还需要考虑装置高度和入口旋涡之间的关系，目的是在进入泵叶轮前消除入口旋涡，电厂中的循环水泵，以及一些取水泵站用泵属于这种情况。

四、其它不罕见情况不在此多说，如有这方面问题的朋友还可以继续交流，只要我有时间。

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