水泵的汽蚀与安装边高程确定.docVIP

PAGE 90 PAGE 89 第四章 水泵的汽蚀与安装高程确定 本章重点：通过本章的学习，要求学员熟练掌握汽蚀的定义和分类及防治措施、用允许吸上真空高度和允许汽蚀余量计算水泵的安装高度等。掌握汽蚀的作用方式及危害等。了解汽蚀性能参数、汽蚀基本方程和汽蚀相似率及汽蚀比转数等。 第一节 水泵的汽蚀及其防治措施 有关叶片泵性能的阐述，都以吸水条件符合要求为前提，吸水性能是确定水泵安装高程和进水建筑物设计的依据，而汽蚀是影响水泵安装高程的重要因素。 叶片泵安装高程的确定，是泵站设计中的一个重要内容。水泵的安装高程是确定泵房各部位高程的基准高程。水泵安装得过低会增大泵房土建投资和施工的难度；过高又会引起水泵工作流量和效率的大幅度降低，甚至不能工作。如何结合水泵汽蚀问题，合理地处理水源水位变幅和水泵吸水性能之间的关系是泵站设计中的重要课题。在泵站运行中，也有很多问题出自于水泵的吸水性能。因此，对于叶片泵吸水性能，必须予以高度重视。 一、定义 由于某种原因，使水力机械低压侧的局部压强降低到水流在该温度下的汽化压强（饱和蒸汽压强）以下，引起汽泡（汽穴）的发生、发展及其溃灭，造成过流部件损坏的全过程，就叫图4 图4—1—1 叶片泵受汽蚀影响性能曲线下降的形式图 （）离心泵 （）混流泵 （）轴流泵 二、作用方式 （一）机械剥蚀 在产生汽蚀过程中，由于水流中含有大量汽泡，破坏了水流的正常流动规律，改变了水泵内的过流面积和流动方向，因而叶轮与水流之间能量交换的稳定性遭到破坏，能量损失增加，从而引起水泵的流量和效率的迅速下降，甚至达到断流状态。这种工作性能的变化，对于不同比转数的水泵有着不同的影响。低比转数离心泵叶槽狭长，宽度较小，当汽蚀开始后，汽泡区从叶槽进口部位迅速扩展到叶槽的整个宽度，引起水流断裂，水泵性能曲线呈急剧下降的形状，如图4—1—1 ()所示。对于中、高比转数的离心泵和混流泵，由于叶轮槽道较宽，当脱流产生时，先在叶槽的某一部分，而不是叶槽的全部截面，只有在脱流区继续发展时，才会布满全部叶槽，在出现断裂状况之前，其性能曲线首先比较缓慢地下降，最后才迅速直线下降，如图4—1—1 ( )所示。对高比转数轴流泵，由于叶片之间相当宽阔，故汽蚀开始后汽蚀区不易扩展到整个叶槽，因此性能曲线下降缓慢，以至无明显的断裂点，如图4—1—1 ()所示。 当离析出的汽泡被水流带到高压区后，由于汽泡周围的水流压强增高，故汽泡四周的水流质点高速地向汽泡中心冲击，水流质点互相撞击，产生强烈的冲击。根据观察资料表明，其产生的冲击频率（3000～4000），并集中作用在微小的金属表面上，瞬时局部压强急剧增加（300～400）。由于叶轮或泵壳的壁面在高压和高频的作用下，引起塑性变形和局部硬化，产生金属疲劳现象，性质变脆，很快会发生裂纹与剥落，以致金属表面呈麻点、坑穴、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。 （二）化学腐蚀 汽泡由于体积缩小而温度升高，同时，由于水锤冲击引起水流和壁面的变形也会引起温度增高。曾有试验证明，汽泡凝结时的瞬时局部高温可达300～400。 在产生汽泡中，还夹杂有一些活泼气体(如氧气)及其离子（如氧离子）等，借助汽泡凝结时所释放出的热量，对金属起化学腐蚀作用，从而生成氧化亚铁、氧化铁以及它们的混合物四氧化三铁等，大大地降低了金属的强度，加剧了机械剥蚀的作用效果。 （三）电化反应 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，冷热过流部件之间形成热电偶，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。表面光洁被破坏后，机械剥蚀作用才有效的开始。这样在机械剥蚀、化学腐蚀和电化反应等共同作用下，就更加快了金属损坏速度。 图4—1—2 蚀坏的叶片图（）双吸泵叶片 （）轴流泵叶片另外，当水中泥沙含量较高时，由于泥沙的磨蚀，破坏了水泵过流部件的表层，当其中某些部位发生汽蚀时，有加快金属蚀坏的作用。在汽蚀破坏和凝结时 图4—1—2 蚀坏的叶片图 （）双吸泵叶片 （）轴流泵叶片 分类 图4— 图4—1—4叶轮叶片背面低压区图 （）离心泵 （）轴流泵 图 图4—1—3流量大雨设计流量时 叶片正面漩涡区图 图 图4—1—6 轴流泵汽蚀发生部位 1—叶片正面 2—叶片背面 3—间隙4—轮彀体表面5—导叶叶面 4—轮毂体表面 5—导叶叶面 图 图4—1—5离心泵汽蚀发生部位 1—叶片正面 2、3—叶片背面:4—前盖板 5—间隙 气蚀的发生部位。如图4—1—2～图4—1—6所示，即使水泵在设计工况下运行时，由于水泵安装过高等原因，而在叶片迸出口背面出现的低压区。当水泵流量大于设计流量时，叶轮进口相