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离心泵的气穴和气蚀

发布日期:2021-01-21 18:38:12浏览量:720

泵中最低压力 Pᴋ 如果降低到被抽液体工作温度下的饱和蒸汽压力(即汽化压力)Pᵥₐ 时,泵壳内即发生气穴和气蚀现象。

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水的饱和蒸汽压力,就是在一定水温下,防止水汽化的最小压力。其值与水温有关,如上表“水温与饱和蒸汽压力”,水的这种汽化现象,将随泵壳内的压力的继续下降以及水温的提高而加剧。当叶轮进口低压区的压力 Pᴋ≤Pᵥₐ 时,水就大量汽化,同时,原先溶解在水里的气体也自动逸出,出现“冷沸”现象,形成的气泡中充满蒸汽和逸出的气体。气泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时,气泡突然被四周水压压破,水流因惯性以高速冲向气泡中心,在气泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象,其瞬间的局部压力,可以达到几十兆帕( 1兆帕=10⁶N/m²≈10kg/cm² ),此时,可以听到气泡冲破时炸裂的噪声,这种现象称为气穴现象

离心泵中,一般气穴区域发生在叶片进口的壁面,金属表面承受着局部水锤作用,其频率可达 20000~30000 次/s 之多,就像水力楔子那样集中作用在以平方微米计的小面积上,经过一段时期后,金属就产生疲劳,金属表面开始呈蜂窝状,随之,应力更加集中,叶片出现裂缝和剥落。在这同时,由于水和蜂窝表面间歇接触之下,蜂窝的侧壁与底之间产生电位差,引起电化腐蚀,使裂缝加宽,最后,几条裂缝互相贯空,达到完全蚀坏的程度。泵叶轮进口端产生的这种效应称为气蚀

气蚀是气穴现象侵蚀材料的结果,在许多书上统称为气蚀现象。在气蚀开始时,称为气蚀第一阶段,表现在泵外部的是轻微噪声、振动(频率可达 600~25000 次/s)和泵扬程、功率开始有些下降。如果外界条件促使气蚀更加严重时,泵内气蚀就进入第二阶段,气穴区就会突然扩大,这时,泵的 H、N、η 就将到达临界值而急剧下降,最后终于停止出水。

气蚀影响对不同类型的泵是不同的。对 nₛ 较低的泵(如<100),因泵叶片流槽狭长,很容易被气泡所阻塞,在出现气蚀后,Q-H、Q-η 曲线迅速降落,对 nₛ 较高的泵( nₛ≥150),因流槽宽,不易被气泡阻塞,所以 Q-H、Q-η 曲线先是逐渐地下降,过了一段才开始脱落,正常输水破坏。对于气蚀现象的物理性质,由于它是一种调整现象,它的发生、发展和破坏过程是如此短促,以致借助于速率最快的摄像机,有时仍不能观察到细节的现象。因此,关于气蚀性质的大量推测主要是建立于研究气蚀现象某些效应的基础上的,而不是直接观察现象本身。

PS:

伴随气穴现象而出现的冷沸,与一般生活的沸腾现象有相似之处,但不能等量齐现。其异同点在于:

1、两者都发生气泡,“沸腾”主是温升的结果,是一种热力学现象,“气穴”主要是压力降低,是一种水动力学现象;

2、气穴现象,它包括从气泡的形成到溃灭为止的整个过程,而沸腾现象中的气泡是连续地增长的,同时,不存在溃灭过程(即使当汽泡通过表面时,可能会破裂,但蒸汽的总容积是连续地增加的)。

3、两者都有热交换问题,但气穴现象的热交换不及沸腾的重要。对气穴现象来说,关心的是什么情况下会发生压力的降低。

 


 

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本专栏文章来自:中国建筑工业出版社-许仕荣《泵与泵站.第六版》;大连理工大学出版社-徐士鸣《泵与风机-原理及应用》;王圃、龙腾锐《给水泵站的水泵优选与节能改造》;金维、姜乃昌《停泵水锤及其防护》等文献。本站旨在泵与泵站技术的学习分享,非商业用途。我们致力于保护作者版权,如涉及侵权,敬请联系我们后台删除。

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