5水幫浦的汽蝕現象及其防治措施

2022-05-11 03:45:02 字數 3097 閱讀 6582

1.水幫浦汽蝕的概念

水幫浦執行過程中,如果幫浦內液體區域性位置的壓力降低到水的飽和蒸汽壓力(液化壓力)時,水就開始汽化生成大量的汽泡,汽泡隨水流向前運動,流入壓力較高的部位時,迅速凝結,潰滅。幫浦內水流中汽泡的生成,潰滅過程涉及許多物理,化學現象,並產生噪音,振動和對過流部件材料的侵蝕作用。這些現象統稱為水幫浦的汽蝕現象。

1.1水幫浦汽蝕的型別:

1)葉面汽蝕:水幫浦安裝過高,或流量偏離設計流量時,產生的汽蝕現象,其汽泡的形成和潰滅基本上發生在葉片的正面和反面。

2)間隙汽蝕:在離心幫浦密封環與葉輪外緣的間隙處,由於葉輪進出水側的壓力差很大,導致高速回流,造成區域性壓降,引起間隙汽蝕,軸流幫浦葉片外緣與幫浦殼之間很小的間隙內,在葉片正反面壓力差的作用下,也因間隙中的反向流速大,壓力降低,在幫浦殼對應葉片外緣部位引起間隙汽蝕。

3)水流經過幫浦內粗糙凹凸不平的內壁面和過流部件時。在凸出物下游發生的汽蝕,稱為粗糙汽蝕。

1.2汽蝕的危害:

1)使水幫浦效能惡化。幫浦內發生汽蝕時,大量的汽泡破壞了水流的正常流動規律,流道內過流面積減小,流動方向改變,從而葉輪和水流之間能量交換的穩定性遭到破壞,能源損失增加,從而引起水幫浦流量,揚程和效率的迅速下降,甚至達到斷流狀態。

2)損壞過流部件。當汽泡被水流帶到高壓區迅速凝結,潰滅時,汽泡周圍的水流質點高速地向汽泡中心集中,產生強烈的衝擊。如果汽泡在過流部件附近潰滅,就形成對過流部件的打擊,容易引起過流部件的塑性變形和區域性硬化,產生疲勞,效能變脆,很快就會發生裂紋與剝落,形成窩蜂狀孔洞。

振動和噪音。在汽泡凝結潰滅時,產生壓力瞬時公升高和水流質點間的撞擊以及對幫浦殼和葉輪的打架,使水幫浦產生噪音和振動現象。當汽蝕振動頻率與水幫浦自振頻率接近時,會引起共振,從而導致整個機組甚至整個幫浦房振動。

在這種情況下,機組就不應該繼續工作了。

2.汽蝕餘量的概念

要使幫浦內不發生汽蝕,至少應使幫浦內水流的最低壓力高於水在該溫度下的汽化壓力。那麼,在幫浦進口處的水流除壓力水頭要高於汽化壓力水頭外,水流的總水頭應比汽化壓力水頭有多少富餘,才能保證幫浦內不發生汽蝕,這個水頭富餘量稱為汽蝕餘量,用npsh或表示。

汽蝕餘量的表示式如下

1)式中:

幫浦進口處水流的絕對壓力

幫浦進口斷面水流的平均流速

所抽水溫度的汽化壓力

水的比重

npsh汽蝕餘量

2.1四種汽蝕餘量的定義

1)有效汽蝕餘量

有效汽蝕餘量是水流從進水池經吸水管到達幫浦進口時,單位重量的水所具有的總水頭減去相應水溫的汽化壓力水頭後的剩餘水頭,是由水幫浦的安裝條件所確定的汽蝕餘量。

計算公式如下:

僅與進水池水面的大氣壓力,幫浦的吸水高度(或淹沒深度),吸水管的水頭損失和水溫有關。

2)必需汽蝕餘量

對於給定的幫浦,在給定的轉速和流量下,保證幫浦內不發生汽蝕 ,必須具有(即需要的)汽蝕餘量,通常由幫浦製造廠規定。用表示。

計算公式如下:

式中絕對流速變化及水力損失引起的壓頭降低係數,一般情況下=1.1~1.2

---------相對流速變化及繞流葉片頭部引起的壓降係數,其值與入流方向關係密切,在設計工況無衝擊入流時, =0.3~0.4

在非設計工況值增大且為變數。

反映了水流進入幫浦後,在未被葉輪增加能量之前,因流速變化和水利損失而導致的壓力能頭降低的程度。影響的主要因素是幫浦進水室,葉輪進口的幾何形狀和流速。而與吸水管,大氣壓力,液體的性質等因素無關。

3)臨界汽蝕餘量

汽蝕安全量等於零,水開始汽化,幫浦內即開始發生汽蝕。在這種臨界狀態下的汽蝕餘量稱為臨界汽蝕餘量,用表示。臨界汽蝕餘量目前仍採用實驗的方法確定。

國標規定在給定的流量下,在葉輪(如多級幫浦則為第一級葉輪)內引起揚程或效率下降(其中k為型式數)時的(npsh)值;或者在給定的揚程下,引起幫浦流量或效率下降時的(npsh)值為值。

4)允許汽蝕餘量

允許汽蝕餘量是為了保證幫浦內不發生汽蝕,根據實踐經驗認為規定的汽蝕餘量,可知幫浦內開始發生汽蝕的條件是

對一般清水幫浦留0.3m作為安全餘量,即

對於大型幫浦的常用下式計算:

2.2水幫浦汽蝕的基本關係式:

幫浦內不發生汽蝕時:

幫浦內開始發生汽蝕時:

幫浦內發生嚴重汽蝕時:

有效汽蝕餘量越大越不容易汽蝕

必需汽蝕餘量越**明幫浦內的壓降越小,汽蝕安全量越大,越不容易發生汽蝕,所以幫浦的吸水性能越好,或者說抗汽蝕效能效果越強。

幫浦在執行中不產生汽蝕的條件是:使有效汽蝕餘量不小於允許汽蝕餘量。即:

3. 減輕和防止汽蝕的方法和措施:

水幫浦的汽蝕是由水幫浦本身的汽蝕效能和抽水裝置的使用條件決定的,水幫浦執行過程中,一定程度的汽蝕總是存在的。所以,提高幫浦的抗汽蝕效能,設計良好的吸水裝置,就成為預防水幫浦發生汽蝕的最重要的措施。

3.1提高水幫浦抗汽蝕效能的措施

1)選擇適宜的進水部分幾何形狀和引數。

幫浦進口部分的幾何形狀和引數,直接影響其中水流速度的變化和水力損失。因此,選擇水流漸變過程的進水室幾何形狀和引數,對提高水幫浦的汽蝕效能,有重要的作用。

2)採用雙吸式或降低轉速。

雙吸幫浦或低轉速幫浦,雖然不能提高汽蝕比轉速c值,但是可以有效的降低幫浦的汽蝕餘量。因此在幫浦的設計中,當採用提高c值的措施仍不能滿足使用要求時,常採用雙吸幫浦或降低轉速的方法解決幫浦的汽蝕問題。

3)加設誘導輪,製造超汽蝕幫浦,在離心幫浦的葉輪前面加設誘導輪。這樣可以提高葉輪進口處的壓力,提高幫浦的抗汽蝕效能。但誘導輪有使水幫浦效能不穩的缺點,尚須對其進行深入的**和研究。

4)選用抗汽蝕效能較強的材料,如鑄錳,青銅,不鏽鋼,合金鋼等製造葉輪,或用聚合物塗覆或噴鍍過流部件的表面;精加工過流部件的表面,降低粗糙度,提高光潔度等,均可減輕汽蝕危害。

3.2設計良好的吸水裝置

1)充分考慮到水幫浦工作中可能遇到的各種工況,合理的確定安裝高程,對防止汽蝕具有重要意義。

2)適當的加大吸水管徑,儘量減少吸水管的水頭損失,並使幫浦進口的水流平順,斷面流速分布均勻,以提高,使

。3)設計水流條件良好的前池,進水池,不僅是可以減少池中的水位降落,而且使進入葉輪水流的速度和壓力分布均勻。這一點對大口徑,短吸水管的幫浦尤為重要。

3.3執行管理中應注意的問題

1)盡量使水幫浦在額定工況(及其附近)執行,使水幫浦在實際執行中值最小。必要時可採用降速甚至閘閥調節來實現。

2)控制水幫浦的實際轉速不高於其額定轉速。

3)幫浦在執行中發生汽蝕時,在吸水側充入少量空氣,能減弱或消除汽蝕產生的噪音和振動,減輕或避免汽蝕的危害。

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