第四章 水力机械空化与空蚀
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第四章 水力机械空化与空蚀
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“三创”教育工作座谈会 ·张澍
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§4-1 汽蚀现象 在某个温度下,压力低到某一值时,液体发生汽化,此压力称为该温度下的汽化压力,一般用 pv 表示。液体流动过程中,如果某一部位的压力低于某一临界压力(一般情况,该临界压力与水的汽化压力接近)时,溶解于水的气体逸出,形成空泡(空穴),当空泡随水流运动到压力较高的地方时,空泡迅速凝结而溃灭。
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§ 4-1 汽蚀现象 • 某温度 T 下→临界压力( Pv 一
般)→空泡→向高压区移动→溃灭凝结→破坏(疲劳破坏,剥蚀、电化学)→噪音,性能下降。
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§ 4-2 汽蚀性能参数 • 一、汽蚀余量 NPSH• 在泵进口(尾水管出口)所具有的高出汽化压力的富裕(余)能
头,其大小以换算到基准面的水柱高表示
• 二、必须汽蚀余量 • 叶轮内压力最低点的压力等于汽化压力时,机器的汽蚀余量
• C0——叶片进口前(水轮机出口)液流的绝对速度• W0——相对速度• ——流速分布不均系数。由试验得出,是泵的固有参数21,
r
p
g
cph vssa
)
2(
2
g
w
g
chr 22
20
2
20
1
叶栅空化数叶栅空化数
2
2
1
w
ppK v
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§ 4-2 汽蚀性能参数 ① S-0列能量方
程0
200
0
2
22 sss
s hg
cpZ
g
cpZ
kkkk
k hg
u
g
wpZ
g
u
g
WpZ 0
2220
200
0 2222
vp
② 0-k列相对运动伯努利方程
③= + -① ② kskk
skvkvss h
g
uu
g
c
g
wwZZ
ppp
g
cp
222)(
2
220
20
20
22
即:ppp
h vka
g
c
w
w
g
wh
g
uu
g
c
g
wwZZ
ph k
kskk
skr 2)1(]1)[(
2222
202
0
20
220
20
20
2
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§ 4-2 汽蚀性能参数 g
c
w
w
g
wh
g
uu
g
c
g
wwZZh k
kskk
skr 2)1(]1)[(
2222
202
0
20
220
20
20
2
0 sk ZZ 02
220 g
uu k
即:
g
w
w
w
g
w k
2]1)[(
2
20
22
0
20
g
ch ks 2
20
g
c
g
c
22)1(
20
1
20
ra hh ar hh 要求临界汽蚀余量 :效率下降 1%~3% 时所对应的 crh实际中一般认为:
rcr hp
h
ah
当初生空化(出现第一个空化空泡)时 g
w
g
chr 22
20
2
20
1
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§ 4-2 汽蚀性能参数 三、有效汽蚀余量(装置汽蚀余量)1 、定义它是装置提供给泵(水轮机)的汽蚀余量2 、表达式:列进水池和水泵进口(水轮机出口)
3 、 的关系 a. 与装置无关, 与装置有关 b. 越小,抗汽蚀性能越好
四、允许汽蚀余量保证不发生汽蚀的最低汽蚀余量
实际中常用 代替 :K— 安全余量
wss
ge h
g
cpH
p
2
2
v
wgevss
a
phH
pp
g
cph
2
2
得ar hh 与
rhrh ah
Khh r ][
crh rh Khh cr ][
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§ 4-2 汽蚀性能参数 五、允许吸上真空高 [Hs]′1 、定义:使之不发生气蚀,泵进口(水轮机出口)所允许的最大真空度2 、表达式
要不发生汽蚀 , 当 时 , 有最大值
当不是标准状态时必须修正
即
sa
s
ppH
v
asa
s
ph
g
cpH
2
2得 得
][ hha ][ hha sH
vsa
s
ph
g
cpH
][
2][
2
vvaass
vsas
vsas
ppppHH
ph
g
cpH
ph
g
cpH
][][
][2
][
][2
][
2
2
va
s
ppHH
24.033.10][][
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§ 4-2 汽蚀性能参数
七、安装高度的确定
— 压力最低点到进水池面(水轮机下游水面)1 ) 已知由有效汽蚀余量公式
得
H
hr
H
hap
)ahomT(p
gH
][ h
v
wge
a
phH
ph
要求水泵不发生汽蚀 ][ hha
][ hp
hHp
h vwg
ea
v
we
g
phh
pH
][即
六、汽蚀系数 水力机械的汽蚀系数
装置空化系数 ( 托马系数 )
wss
ge h
g
cpH
p
2
2
v
wgevss
a
phH
pp
g
cph
2
2
进水池面与泵进口列能量方程进水池面与泵进口列能量方程
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§ 4-2 汽蚀性能参数 对于水轮机: , 安全系数,比转速愈高 的值越大,HKh ][ 2.2~05.1K K
Hh )(][ 0wh 90033.10
ep
3299.0~0889.0
vp
HKH g
900
0.10
11DKHH gSZ
v
we
g
phh
pH
][
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§ 4-2 汽蚀性能参数 11DKHH gSZ
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§ 4-2 汽蚀性能参数 2 ) [Hs] 已知列进水池面与泵进口断面
要求
wss
ge h
g
cpH
p
2
2
sa
s
ppH
wgsea
S hHg
cppH
2
2
][ ss HH
wsea
sg
swgsea
s
hg
vppHH
HhHg
cppH
2][
][2
2
2
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§ 4-2 汽蚀性能参数
a),b),c) 为常规泵; d),e),f) 为大型泵
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§ 4-2 汽蚀性能参数 • 八、汽蚀比转速• 汽蚀余量或吸上(吸出)真空度(高),只能说明某台机器汽蚀性能的好
坏,而不能比较不同机器的汽蚀性能,为此引进包括设计参数在内的综合汽蚀性能相似特征参数——汽蚀比转速 C 。
• 1 、汽蚀相似律• 由必需汽蚀余量的定义
• 当两台泵进口,几何相似,运动相似则有
g
w
g
chr 22
20
2
20
1 1,12
021
w
wk
202
201
202
201
MMMM
PPP
rM
rP
wc
wc
h
h
• 几何相似时,可以认为 MPMP 2211 ,
• 由运动相似 2
1
121
21
202
201
202
201 )(
MM
PP
M
P
MMMM
PPP
rM
rP
nD
nD
u
u
wc
wc
h
h
• 对于同一台泵,当转速变化时 22
1
1 )()(M
P
M
P
M
P
rM
rP
n
n
n
n
D
D
h
h
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§ 4-2 汽蚀性能参数 • 2 、汽蚀比转速
• 我国习惯上用
水轮机
2
1
1
1
13
2
2
)(
)(
M
P
M
P
rM
rP
M
P
M
P
M
P
M
P
n
n
D
D
h
h
D
D
n
n
D
D
Q
Q消去
Ch
Qn
h
Qn
h
Qn
rrM
MM
rP
PP
4/34/3
2/1
4/3
2/1
国外采用
4/3
62.5
rh
QnC
62.510 4/3 泵
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• ① 大,则 C 小,抗汽蚀能差• ② 是设计工况下的参数计算而得• ③ 有因次• ④ C 值的大小与扬程无关• ⑤
3、说明:
• 九、空化的防护措施• 1 、从流体机械本身着手• ① 降低 ,• ——加大 Ds 适当→ 减少, us 大 大• ——加大 bs (进口前伸)• ② 双吸叶轮——对于泵• ③ 加大下环的锥角和曲率半径——对于低比转速• ④ 加工精度• ⑤ 诱导轮• ⑥ 超空化翼型
rh
4/34/313.3
62.5
H
Qnn
h
QnC s
r
4/3795.1
snC
0c 0w
0c 0w
0w0c
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§ 4-2 汽蚀性能参数 • 九、空化的防护措施• 1 、从流体机械本身着手• 2 、从装置本身着手
][00 h
phH
ph v
sga
补气等减少吸入管损失降低安装高
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空化的防护措施 (从流体机械本身着手)
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空化的防护措施 (从流体机械本身着手)
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