离心式水泵的气蚀与安装高度

1、离心泵的气蚀

        离心式水泵在许多工程中广泛应用,但在实际应用中,由于安装人员对泵的理论性能不甚了解,认为泵的扬程越大,安装高度越大。结果造成泵经常发生气蚀,影响泵的正常工作。

        据物理学知,当液面压强降低时,相应气化温度也降低。例如: 水在一个大气压下的气化温度为100 ℃,当水面压强降至2431.2Pa ,水在20℃时开始沸腾。开始气化的液面压强叫气化压力(Pv) 。如果泵内某处的压强(Pk) 低于该处液体温度下的气化压力即Pk < Pv ,部分液体就开始气化形成气泡,发生气蚀。如气蚀持续发展,气泡大量产生,就会影响正常流动,出现躁声和振动,甚至造成断流现象。此时,泵的扬程、流量和效率都明显下降,必将缩短泵的寿命。

2、泵的安装高度与吸入口真空度

        正确决定泵的吸入口压强(真空度) ,是控制泵运行时不发生气蚀而正常工作的关键。

        用能量方程建立泵的吸入口压强的计算公式:

Z0+P0/r+V0²/2g =Zs+Ps/r+Vs²/2g+Σhs

        式中: r 为水的容重; P0 、Ps 为液面和泵吸入口处的压强; Hg 为泵的安装高度; Vs 为泵入口处的平均速度; g 为重力加速度;Σh 为吸液管路的水头损失。

        通常认为V0 = 0 ,由此可得:

P0/r-Ps/r =Hg+ Vs²/2g + Σhs (1)

        如果吸液池面受大气压Pa 作用,即P =Pa ,则泵吸入口压强水头Ps/r 就低于大气压的水头pa/r ,这恰是泵吸入口处真空度Hs 。所以(1) 式可写为:

Hs = ( Pa - Ps)/r = Hg + Vs²/2g + Σhs (2)

        式中: Hs 为吸入口真空度; Pa 为大气压。

图1 　离心泵的几何安装高度

        通常,在一定流量下运转时,则Vs ²/2g 及管路水头损失都应是定值。所以泵的吸入口真空度将随泵的几何安装高度的增加而增加。如果吸入口真空度增加至某一最大值,即泵的吸入口压强接近液体的汽化压力时,泵内就会开始发生气蚀。为避免发生气蚀, (2) 式确定的实际Hs 值应小于Hsmax值。为确保泵的正常运行,水泵实际的安装高度应遵守:

Hg < [Hg] ≤[Hs] - ( Vs²/ 2 g + Σhs) (3)

        式中:[Hg]为最大安装高度。

3、离心泵的安装高度与气蚀余量的关系

        为了避免发生空泡现象,至少应该使泵内液体的最低压强大于液体在该温度时的气化压力,即Pmin> Pv ,液体自吸入口S 流进叶轮的过程中,在它还未被增压之前,因流速增大及流动损失,而使静压水头由Ps/r 降至pk/r ,这说明泵的最低压强点不在泵的吸入口处,而在叶片进口的背部K点处(图2) 。

图2 　液流进入泵后的能量变化过程