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水泵知識

離心泵的吸水性能與最大安裝高度

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     離心泵能否正常工作,建立在水泵良好工況點的確定,正確選擇水泵的吸水條件,即在抽水過程中,泵內不產生汽蝕,更是重要的保證。而充分地利用水泵在不產生汽蝕情況下的最大吸水高度,對于降低泵站埋深,節省土建造價有著重要的意義。
  一、離心泵的吸水性能
  1.壓力變化
     SH型雙吸清水離心泵運行中,由于葉輪的高速旋轉,在其人口處造成了真空,水自吸水管端流入葉輪的進口。水從吸水管經泵殼流人葉輪的過程中,其絕對壓力變化如圖4—13所示,以吸水管軸線為相對壓力的零線,則管軸線與壓力線之間的高差表示了真空值的大小。圖4—13中壓力線表明沿著水流,其真空值逐漸增大,即絕對壓力逐漸減少,進入葉輪后,在葉輪背面(即背水面)靠近吸水口的K點處壓力達到最低值,PK—Pmin。接著,水流在葉輪中受到由葉片傳來的機械能,壓力迅速上升。
    吸水池水面上的壓頭Pa/r和泵殼內最低壓頭PK/r之差用來支付:把液體提升Hss高度;克服吸水管中水頭損失∑hs:產生流速水頭砂v12/29、流速水頭差值(C02-V12)/2G和供應葉片背面K點壓力下降值AW;/29(該值由水泵的構造和工況決定的,一般不小于3m)。
  其公式表達為:
    PA/r-PK/r=(Hss+v21/2g+∑hs)+(C02-v12)/2g+ΛW20/2g    
  式中Pa/y——為吸水池水面大氣壓,mH2 0;   
      PK/y——葉輪背面靠近吸水口壓力達到最低值的K點的絕對壓力,mH20;
        Hss——吸水地形高度,m;
         v1——吸水管中流速,m/s;
       ∑hs——吸水管水頭損失,in;
         C0——0-0斷面上的流速,m/s;
         Λ——氣穴系數(A—w喪/w;一l);
         W0——0-0斷面上的相對速度,m/s。
    2.氣穴和汽蝕
    如果ISG、IRG立式管道泵中最低壓力PK降低到被抽升液體工作溫度下的飽和蒸汽壓力(即汽化壓力)Pva時,泵殼內即發生氣穴和汽蝕現象。
    首先水大量汽化,氣泡隨水流帶人葉輪中壓力生高的區域時,氣泡突然被四周水壓壓破,水流因慣性以高速沖向氣泡中心,在氣泡閉合區內產生強烈的局部水錘現象,其瞬間的局部壓力,可以達到幾十兆帕,此時可以聽到氣泡沖破時炸裂的噪聲,這種現象稱為氣穴現象。
    在葉片進口的壁面,金屬表面承受著局部水錘作用,經過一段時期后,金屬就產生疲勞,金屬表面開始呈蜂窩狀,隨之,應力更加集中,葉片出現裂縫和剝落。在此同時,由于水和蜂窩表面間歇接觸之下,蜂窩的側壁和底之間,產生電位差,引起電化腐蝕,使裂縫加寬,最后幾條裂縫互相貫穿,達到完全蝕壞的程度,水泵葉輪進口端產生的這種效應稱為“汽蝕”。
    當ISW臥式管道離心泵發生汽蝕現象時,會造成水泵流量、揚程降低甚至停止出水及水泵報廢。不同類型的水泵發生汽蝕時產生的影響是不同的,對ns。較低的水泵(如ns。<100),因水泵葉片流槽狹長,很容易被氣泡所堵塞,在出現汽蝕后,Q-H,Q-η曲線迅速降落,對ns較高的水泵(ns>150),因流槽寬,不易被氣泡堵塞,所以Q—H,Q一叩曲線先是逐漸下降,過了一段
時間才開始突然下落,正常輸水破壞。   
    二、水泵最大安裝高度   
    泵房內的地坪標高取決于水泵的安裝高度,為了保證泵站安全供水,同時節省土建造價,應正確地計算水泵的最大允許安裝高度,合理的利用水泵的最大允許安裝高度。
    水泵的最大安裝高度計算:
    Has=Hsv2/2g一∑hs    (4—14)
   式中  Has——水泵的最大允許安裝高度,m;
          Hs——修正后的水泵允許吸上真空高度,m;
           v——吸水管的流速,m/s;
           g——重力加速度,取g=9.81m/s2;
        ∑hs——吸水管的水頭損失,m。
       對于水泵樣本中所給定的允許吸上真空高度H。,是在標準狀況下(大氣壓10.33mH2 0,水溫20℃),由專門的汽蝕試驗求得的,當水泵安裝實際地點的大氣壓和所抽升的液體的度不符合標準狀況時,應對水泵廠所給定的H。值進行修正,即:
H’s=Hs-(10.33-hs)一(hva-0.24)  
式中  Hs—為水泵銘牌或樣本中給定的允許吸上真空高度,mH20;
        H’s—修正后的水泵允許吸上真空高度,mH2 0;
           v—安裝地點的大氣壓,mH2O;海拔高度與大氣壓的關系見表4—4;
         hva—實際水溫下的飽和蒸汽壓力(見表4~5),mH2 0。
    表4-4海拔高度與大氣壓(Pa/r)關系
    海    拔
 -600
    0
100
200
300
400
500
600
    700
    大氣壓(Pa/r)/mmH20
11.3
10.33
10.2
10.1
10.O
9.8
9.7
9.6
    9.5
    海    拔
  800
  900
  1000
  1500
  2000
  3000
  4000
  5000
    6000
    大氣壓(Pa/r)/mmH20
9.4
9.3
9.2
8.6
 8.4
7.3
6.3
5.5
 
 
表4-5水溫與飽和蒸汽壓力(hva=pva/r)
    水溫/℃
    0
    5
    10
    20
    30
    40
    飽和蒸汽壓力肌
    0.0
    0.09
    0.12
    0.24
    0.43
    0.75
    水溫/℃
    50
    60
    70
    80
    90
    100
    飽和蒸汽壓力/
    1.25
    2.02
    3.17
    4.82
    7.14
    10.33
 
    三、汽蝕余量與汽蝕的防止
    1.汽蝕余量
    離心泵的吸水性能通常用允許吸上真空高度H。來衡量,H。值越大,說明水泵的吸水性能越好,抗汽蝕性能越好。對于軸流泵、熱水鍋爐給水泵等,葉輪常需安在最低水面下,其安裝高度通常是負值,對于這類水泵常用“汽蝕余量”來衡量它們的吸水性能。
    Hsc=ha-hva-∑hs±Hss    (4—15)
式中  Hsv—總汽蝕余量;
         ha—吸水井表面的大氣壓力,m;
        hva—該水溫下的汽化壓力,m;
       ∑hs—吸水管的水頭損失之和,m;
        Hss—水泵吸水地形高度,即安裝高度,m,水泵為抽吸式工作,Hss前取“-”號,水泵為自灌式工作,Hss前取“+”號。
    應用汽蝕余量時,應注意以下幾點。
    (1)允許汽蝕余量H。v隨流量Q變化而變化,流量增加,汽蝕余量Hsv也增加,如圖4一15所不。
    (2)允許汽蝕余量H。。不必修正,這是因為汽蝕余量的基準面是水泵泵軸(立式泵為葉輪中心線),所以不用修正海拔高度影響;而汽蝕余量定義式中已經包括飽和蒸汽壓,所以也不用修正溫度影響。
    (3)用允許吸上真空高度H。,還是用汽蝕余量Hsv來衡量水泵的吸水性能,應根據水泵類型,本著使用方便的原則確定,一般由水泵廠家在樣本中給出。使用者使用哪一個參數計算Hss,取決于水泵樣本給定的參數資料。
  2.汽蝕的防止
  水泵樣本中所提供的汽蝕余量是“必要的汽蝕余量’’,為防止水泵發生汽蝕現象,在水泵站實際計算時,應控制其實際汽蝕余量比水泵廠要求的“必要的汽蝕余量”大0.4~0.6mH20。
    在具體設計時,可以從如下幾個方面考慮。
    (1)選定合適的安裝高度Hss。考慮到水泵長期使用后性能會下降,在設計時要把計算出來的安裝高度Hss調低一些,以適應長期使用后,水泵允許吸水真空高度H。的降低。
    (2)管路布置時盡可能減小管路水頭損失∑hs,使得水泵進口處設計汽蝕余量盡可能大一些。
    (3)水泵吸水性能的校核,應用最不利工況進行計算,以確保水泵吸水條件。
    (4)當所抽的水是熱水時,應盡量采用自灌式,使泵軸在水面以下。
    (5)水泵葉輪應選用硬度大、光潔度好的材料。硬度大可抗汽蝕;光潔度好,可減少氣泡在葉輪金屬壁面上的黏附,減小汽蝕的危害。
    (6)若出現汽蝕現象,可采取減小流量的措施,提高實際汽蝕余量,防止發生汽蝕。

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