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矿山机械《流体机械》部分(2) 12.3离心泵在管路上工作 一、排水管路压头特性 排水管路：排水时水所经过的管路。 管路压头特性：通过管路的流量与所需压头（扬程）之间的关系。 要实现液体在管路中流动，需要水泵传递给液体一定的能量，用来克服液体在管路中流动时的流动阻力损失（沿程阻力损失用达西公式计算、局部阻力损失）、管路进出口的高差（位差）以及系统出口的动能损失。 1、排水管路的特性方程－能量守恒方程（伯努利方程） 注意：排水时水泵传递给水的压头（能量）与水需要泵传递给它的压头是相等的，用表示。 排水设备简图 1－1和2－2之间写出能量（Bernoulli）方程 ； H－需要水泵传递给水的压头（传递给单位重量水的能量），m； －测地高度（m），－吸水高度（定义），－排水高度（定义）； ，，－管路中的流量（m3/s）； 和分别为吸水管和排水管中的压头损失，其中包括沿程损失和局部损失： 、－吸水管、排水管沿程阻力损失系数； 、－吸、排水管的沿程管路长度，m； 、－吸排水管路上的局部阻力损失系数之和； 、－吸、排水管的沿程管路内径，m。 （m）－管路阻力系数 （s2/m5） ——排水管路特性方程式。 讨论： 方程所表达的意义：通过管路中的流量与所需要的压头之间的关系。 ，对于具体矿井来说，是一定的，当一定时，的大小取决于，与管长、管径、管壁粗糙度、管件的种类（材料）和数量有关。 当变化时，也会发生变化，二者是二次抛物线关系。 管路效率（为需要泵输给单位重量液体的总能量，为排水过程中单位重量液体自水泵获得的有益能量），要提高管路效率，必须减小（保持管内壁光滑，选择阻力较小的管件，减少其用量，尽量缩短管路敷设长度等）以降低。 2、排水管路压头特性曲线 压头损失随流量的增加而增大。 管路特性曲线 二、运转工况点的确定 由泵特性和管路特性共同确定，泵在一定的管路上工作时，其扬程、流量、轴功率、效率等参数都是确定的。 工况点：水泵的实际扬程（压头）特性曲线与绘制在同一坐标图上的管路特性曲线的交点。 工况参数：由工况点做一垂线与各特性曲线的交点的值。 三、水泵汽蚀与吸水高度 1、水泵汽蚀 （1）吸水过程的能量平衡分析 矿用泵以吸水方式工作，靠叶轮入口处的负压和水面上的大气压之差使水升高，将泵吸入泵内。 汽蚀与吸水高度 吸水高度：泵轴线所在的水平面与吸水池水平面的标高之差。 0－0和1－1截面之间的能量方程 ，； －泵入口截面水的压强； －泵入口截面水的流速； －泵入口截面上单位重量水具有的能量； －吸水管内的水头损失； －吸水高度。 分析可知，即使（即）且，最大吸水高度（按1个工程大气压98065Pa，计算），实际情况远小于10m，只有4～6m。 （2）水泵中的汽蚀现象及其危害 水泵在运转时，若由于某些原因而使泵内局部位置的压力降到低于水在相应温度的饱和蒸汽压时，水就会发生汽化，从水中离析出大量汽泡。随着水的流动，低压区的这些汽泡被带到高压区时，会突然凝聚，汽泡重新凝结后，体积突然收缩，便在高压区出现空穴。于是四周的高压水以很大的速度去填补这种空穴，这时产生巨大的水力冲击。此时水的动能变为弹性变形能，由于液体变形很小，根据观察资料表明冲击变形形成的压力可高达几百兆帕。在压力升高后，紧接着弹性变形能又转变成动能，此时压力降低，这样不断循环往复，直至把冲击能转变成热能等能量耗尽为止。当这种汽泡产生在金属表面时，就会破坏金属表面。液体以这种方式对固体表面产生的破坏现象称为汽蚀。 汽蚀时，产生的冲击频率很高，每分钟可达几万次，并集中作用在微小的金属表面上，而瞬时局部压力又可达几十兆帕到几百兆帕。由于叶轮或壳体的壁面受到多次如此大的压力后，引起塑性变形和局部硬化，并产生金属疲劳现象，使其钢性变脆，很快会产生裂纹与剥落，直至金属表面形成蜂窝状的孔洞。汽蚀的进一步作用，可使裂纹相互贯穿，直到叶轮或泵壳蚀坏和断裂。这就是汽蚀的机械剥蚀作用。 被蚀坏的离心泵叶轮叶片 液体产生的汽泡中，还夹杂有一些活泼气体（如氧气），借助汽泡凝结时所释放出的热量，对金属起化学腐蚀作用。 在高温、高压之下，水流会产生一些带电现象。过流部件因汽蚀产生温度差异，过流部件的冷端与热端形成电偶而产生电位差，从而对金属表面发生电解作用(即电化学作用)，金属的光滑层因电解而逐渐变得粗糙。表面光洁度破坏后，更加速机械剥浊。在机械剥蚀、化学腐蚀和电化学等共同作用下，就更加快了金属损坏速度。这里还需要提及一点，当水中泥砂含量较高时，由于泥砂的磨蚀，破坏了水泵过流部件的表层，当其中某些部位发生汽蚀时，则有加快金属蚀坏的作用。 汽蚀发生时，周期性的压力升高和水流质点被彼此间的撞击以及对泵壳、叶轮的打击，将使水泵产生强烈的噪音和振动现象。其振动可引起机组基础或机座的振动。当汽蚀振动的频率与