安徽电气职院流体力学泵与风机教案09泵的汽蚀.docx

第九章泵的汽蚀第一节汽蚀现象及其对泵性能的影响第二节吸上真空高度一、教学目标：1 .深刻理解汽蚀现象及其对泵性能的影响；2 .明确吸上真空高度的概念，并进行允许安装高度与允许吸上真空而度的计算。二、教学重点与难点重点：汽蚀现象及其对泵性能的影响；难点：允许吸上真空高度的概念和计算。三、教学方式及教具教学方式：采用设问、提问和鼓励学生自行分析等与学生互动的方式，充分调动学生的听课主动性，启发学生积极思维。教具：必要的挂图、教具或多媒体幻灯教学等手段，使教学内容直观、形象化，以强化教学效果。四、教学时间分配（共100分钟）1 .复习旧课、引入新课5分钟2 .讲授新课90分钟；3 .小结3分钟，布置作业2分钟。五、教学内容提要1 .汽蚀现象及其对泵性能的影响；2 .吸上真空高度六、板书设计一、汽蚀现象及其对泵性能的影响二、吸上真空高度七、本节课内容小结八、作业：Pg思考题：1;习题：6o第三节汽蚀余量一、教学目标：1 .牢固掌握有效汽蚀余量和必需汽蚀余量的概念，明确有效汽蚀余量和必需汽蚀余量对泵汽蚀性能的影响；2 .明确有效汽蚀余量和必需汽蚀余量的关系，掌握临界汽蚀余量的概念；3 .掌握允许安装高度与允许吸上真空高度与汽蚀余量之间的关系；二、教学重点与难点重点：有效汽蚀余量和必需汽蚀余量的概念，及其对泵汽蚀性能的影响；难点：允许吸上真空高度的概念和计算。三、教学方式及教具教学方式：采用设问、提问和鼓励学生自行分析等与学生互动的方式，充分调动学生的听课主动性，启发学生积极思维。教具：必要的挂图、教具或多媒体幻灯教学等手段，使教学内容直观、形象化，以强化教学效果。四、教学时间分配（共100分钟）1 .复习旧课、引入新课5分钟2 .讲授新课90分钟：3 .小结3分钟，布置作业2分钟。五、教学内容提要1 .有效汽蚀余量2 .必需汽蚀余量3 .有效汽蚀余量和必需汽蚀余量的关系；4.汽蚀余量与吸上真空高度的关系。六、板书设计一、有效汽蚀余量二、必需汽蚀余量三、有效汽蚀余量和必需汽蚀余量的关系四、汽蚀余量与吸上真空高度的关系七、本节课内容小结八、作业：P125思考题：1、2、3、4、5；习题：1、4、8。第四节汽蚀相似定律及汽蚀比转数第五节提高泵抗汽蚀性能的措施一、教学目标：1 .了解汽蚀相似定律；2 .会计算汽蚀比转数；3 .掌握提高泵抗汽蚀性能的措施。二、教学重点与难点重点：提高泵抗汽蚀性能的措施；难点：汽蚀相似定律及汽蚀比转数。三、教学方式及教具教学方式：采用设问、提问和鼓励学生自行分析等与学生互动的方式，充分调动学生的听课主动性，启发学生积极思维。教具：必要的挂图、教具或多媒体幻灯教学等手段，使教学内容直观、形象化，以强化教学效果。四、教学时间分配（共100分钟）1 .复习旧课、引入新课5分钟2 .讲授新课90分钟；3 .小结3分钟，布置作业2分钟。五、教学内容提要1 .汽蚀相似定律2 .汽蚀比转数及其说明3.提高泵抗汽蚀性能的措施六、板书设计一、汽蚀相似定律二、汽蚀比转数及其说明三、提高泵抗汽蚀性能的措施1.提高泵本身的抗汽蚀性能2.提高吸入装置的能将汽蚀余量七、本节课内容小结八、作业：Pi25思考题：6、7、9；习题：2、3、7。第九章泵的汽蚀1 .本章教学提纲：、汽蚀现象对泵工作的影响：(1)材料破坏汽蚀发生时，由于机械剥蚀与化学腐蚀的共同作用，致使材料受到破坏。(2)噪声和振动汽蚀发生时，不仅使材料受到破坏，而且还会出现噪声和振动。汽泡破裂和高速冲击会引起严重的噪声。但是，在于厂由于其他来源的噪声已相当高，一般情况下，往往感觉不到汽蚀所产生的噪声。汽蚀过程本身是一种反复凝结、冲击的过程，伴随很大的脉动力。如果这些脉动力的某一频率与设备的自然频率相等，就会引起强烈的振动。(3)性能下降汽蚀发展严重时，大量汽泡的存在会堵塞流道的截面，减少流体从叶轮获得的能量，导致扬程下降，效率也相应降低。对水泵而言，汽蚀问题是影响其向高速化发展的一个突出障碍。随着科技事业的不断发展，汽蚀研究仍将是一个重要的课题。二、反映和控制汽蚀现象的指标：(1)真空高度Hs：对某一台水泵，尽管其性能可以满足使用要求，但是如果几何安装高度不合适，由于汽蚀的原因，则会限制流量的增加，从而导致性能达不到设计要求。因此，确定泵的几伺安装高度是保证泵在设计工况下工作时不发生汽蚀的重要条件。(2)汽蚀余量：用符号Ah表示，或用NPSH表示(NetPositiveSuctionHead)。汽蚀余量又分为有效汽蚀余量Aha或NPSHa和必需汽蚀余量或NPSH“(3)汽蚀相似定律及汽蚀比转数：汽蚀余量只能反映泵汽蚀性能的好坏，而不能对不同泵进行汽蚀性能的比较，因此需要一个包括泵的性能参数及汽蚀性能参数在内的综合相似特征数，这个相似特征数称为汽蚀比转数，用符号C表示。三、提高泵抗汽蚀性能的措施：(1)降低叶轮入口部分流速(2)采用双吸式叶轮(3)增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径这样可以减小局部阻力损失。(4)叶片进口边适当加长即向吸人方向延伸，并作成扭曲(5)首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料如采用含银格的不锈钢、铝青铜、磷青铜。(6)减小吸入管路的流动损失即可适当加大吸人管直径，尽量减少管路附件，如弯头、阀门等，并使吸人管长最短。(7)合理确定两个高度即几何安装高度及倒灌高度。(8)设置前置泵给水经前置泵升压后再进入给水泵，提高了泵的有效汽蚀余量，改善了给水泵的汽蚀性能：同时除氧器的安装高度也大为降低。这是防止给水泵产生汽蚀、简单而又可靠的一种方法。(9)采用诱导轮(10)采用双重翼叶轮(ID采用超汽蚀泵2 .本章基本概念：一、汽二、吸上真空高度Hs.(1)几何安装高度(2)允许吸上真空高度HJ三、汽蚀余量1】：(1)有效汽蚀余量Aha(2)必需汽蚀余量儿四、汽蚀比转数3 .本章教学内容：第一节汽蚀现象及其对泵工作的影响一、汽蚀现象水和汽可以互相转化，这是液体所固有的物理特性，而温度和压力则是造成它们转化的条件。如果使水的某一温度保持不变，逐渐降低液面的绝对压力，当该压力降低到某一数值时，水同样也会发生汽化，把这个压力称为水在该温度下的汽化压力，用符号Pv表示。如果在流动过程中，某一局部地区的压力等于或低于与水温相对应的汽化压力时，水就在该处发生汽化。汽化发生后，就有大量的蒸汽及溶解在水中的气体逸出，形成许多蒸汽与气体混合的小汽泡。当汽泡随同水流从低压区流向高压区时，汽泡在高压的作用下，迅速凝结而破裂，汽泡破裂的瞬间，产生局部空穴，高压水以极高的速度流向这些原汽泡占有的空间，成一个冲击力。由于汽泡中的气体和蒸汽来不及在瞬间全部溶解和凝结，因此，在冲击力的作用下又分成小汽泡，再被高压水压缩、凝结，如此形成多次反复，在流道表面形成极微小的冲蚀。冲击力形成的压力可高达几百甚至上千MPa,冲击频率可达每秒几万次。如图5-1所示，流道材料表面在水击压力作用下，形成疲劳而遭到严重破坏，从开始的点蚀到严重的蜂窝状空洞，最后甚至把材料壁面蚀穿，通常把这种破坏现象称为剥蚀。另外，由液体中逸出的氧气等活性气体，借助汽泡凝结时放出的热量，也会对金属起化学腐蚀作用。这种汽泡的形成发展和破裂以致材料受到破坏的全部过程，称为汽蚀现象。二、汽蚀对泵工作的影响由以上分析可知，在流动过程中，如果出现了局部的压力降，且该处压力降低到等于或低于水温对应下的汽化压力时，则水发生汽化。随着工况的变化，汽化先后发生的部位也不同。一般在小于设计工况下运行时，压力最低点发生在靠近前盖板叶片进口处的工作面上。开始发生汽化时，因为只有少量汽泡，叶轮流道堵塞不严重，对泵的正常工作没有明显影响，泵的外部性能也没有明显变化。这种尚未影响到泵外部性能时的汽蚀称为潜伏汽蚀。泵长期在潜伏汽蚀工况下丁作时，泵的材料仍要受到剥蚀，影响它的使用寿命。当汽化发展到一定程度时，汽泡大量聚集，叶轮流道被汽泡严重堵塞，致使汽蚀进一步发展，影响到泵的外部特性，导致泵难以维持正常运行。综上所述，汽蚀对泵产生了诸多有害的影响。(1)材料破坏汽蚀发生时，由于机械剥蚀与化学腐蚀的共同作用，致使材料受到破坏，图5-3所示为一个受汽蚀破坏的离心泵叶轮示例。(2)噪声和振动汽蚀发生时，不仅使材料受到破坏，而且还会出现噪声和振动。汽泡破裂和高速冲击会引起严重的噪声。但是，在于厂由于其他来源的噪声已相当高，一般情况下，往往感觉不到汽蚀所产生的噪声。汽蚀过程本身是一种反复凝结、冲击的过程，伴随很大的脉动力。如果这些脉动力的某一频率与设备的自然频率相等，就会引起强烈的振动。(3)性能下降汽蚀发展严重时，大量汽泡的存在会堵塞流道的截面，减少流体从叶轮获得的能量，导致扬程下降，效率也相应降低。这时，泵的外部性能有明显的变化。由图54可知，氏二70的离心式泵，当几何安装高度为6m时，出水管阀门的开度只能开到曲线上黑点所对应的流量。如果继续开大阀门，流量进一步有所增加时，扬程曲线则急剧下降，这表明汽蚀已经达到致使水泵不能工作的严重程度。这一工况，称为断裂工况。当把几何安装高度从6m增加到7m时，断裂工况就向流量小的方向偏，可以使用的运行范围就变窄，图5-5为一ns=150的双吸离心泵在不同几何安装高度下发生汽蚀后的性能曲线，与飞=70（图5-4）的离心泵相比，其断裂工况比较缓和，没有明显的断裂点，其扬程和效率曲线是逐渐下降的。从s=690的轴流式泵汽蚀后的性能曲线图上几乎看不出汽蚀发生时的断裂工况点。N-N亚糙S心S1*4httK,1.ft(w-./几何安装高度提高到8m时，断裂工况偏向更小的流量，泵的使用范围就更窄。由试验可知，4<105时，因汽蚀所引起的扬程曲线的断裂工况，具有急剧陡降的形式；当%=150350时，断裂工况比较缓和，当ns>425时，在性能曲线上没有明显的汽蚀断裂点。其原因是：在低比转数的离心泵中，由于叶片宽度小，流道窄且长，在发生汽蚀后，大量汽泡很快就布满流道，影响流体的正常流动，造成断流，致使扬程、效率急剧下降。在比转数大的离心泵中，叶片宽度大，流道宽且短，因此汽泡发生后，并不立即布满流道，因而对性能曲线上断裂工况点的影响就比较缓和。在高比转数的轴流泵中，由于叶片数少，具有HaAG人-东2内次灭鼻友之联Kl?任禽偏立G.-223Qr.ouo)I安NWw>4”ar*,Gj三i套。：a;4taj3“E相当宽的流道，汽泡发生后，不可能布满流道，从而不会造成断流，所以在性能曲线上，当流量增加时，就不会出现断裂工况点。尽管如此，但仍有潜伏汽蚀的存在，仍需防止。第二节吸上真空高度HS如图54所示。对某一台当增加泵的几何安装高度时，会在更小的流量下发生汽蚀,水泵来说，尽管其性能可以满足使用要求，但是如果几何安装高度不合适，由于汽蚀的原因，会限制流量的增力，从而导致性能达不到设计要求。因此，确定泵的几伺安装高度是保证泵在设计工况下工作时不发生汽蚀的重要条件。中小型卧式离心泵的几何安装高度如图57所示。立式离心泵的几何安装高度是指第一级工作叶轮进口边的中心线至吸水池液面的垂直距离。对于大型泵则应按叶轮人口边最高点采决定几何安装高度。图5-7G式心案的几何安装高度在泵样本中，有一项性能指标，叫作允许吸上真空高度，用符号HJ表示，这项性能指标和泵的几何安装高度有关。几何安装高度就是根据这一数值计算确定的。允许吸上真空高度HJ和几何安装高度之间的关系可通过图5-7进行讨论。流体在旋