广一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,至少应该使离心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(广一水泵下图所示)
从离心泵吸入口S 断面至叶片进口边前1 断面写出液流的能量方程:
Zs + Ps/ r + Vs2/ 2 g = Z1 + P1/ r + V1 2 / 2 g + hs - 1(4)
式中: Zs 、Z1 分别为泵吸入口中心和1 点处标高; P1为1 点的压强; V1 为1 点的速度; hs - 1为S 断面到1断面的水头损失。
当液流从1 断面进入叶轮K 点时, 有能量输入项,即有离心力对单位重量流体所做的功( Uk2 -U1 2) 2g ,于是有:
Z1 + P1/ r + W1 2/ 2 g + ( Uk2 - U12 ) / 2 g = Zk +Pk/ r + Wk 2/ 2 g + h1 - k (5)
式中: Zk , Pk , Wk , Uk 分别为k 点的标高, 压强, 相对速度, 圆周速度。hs - 1为液流自1 断面至K 点的水头损失。
合并上述两方程,经整理可得:
Pk/ r = Ps/ r + Vs 2/ 2 g - [ ( Zk - Zs ) + ( Wk 2 -W1 2) / 2 g + V1 2/ 2 g + ( U1 2 - Uk2) / 2 g + hs - k ] (6)
式中: hs - 1 k 为S 断面至k 点的水头损失。
方括号内的5项恰是液体由泵吸入口S 断面至K点的水头降低值,并用Δp/ r 代表。当K点的液体压强等于该温度下的气化压强时,即Pk = Pv 时液体就开始发生气化,气蚀。这是一个临界状态,在临界状态下:
( Ps/ r + Vs2/ 2 g) - Pv/ r = ΔP/ r (7)
式中: Pv 为气化压力。
左端就代表自吸液池经吸水管到达泵的吸入口所剩下的总水头距发生气化的水头尚剩余的水头值实际气蚀余量Δh。
若实际气蚀余量Δh 正好等于泵自吸入口S 到压强最低点K之水降ΔP/ r 时,就刚好发生气蚀,当Δh >ΔP/ r 时,就不会产生气蚀,所以把ΔP/ r 叫做临界气蚀余量Δhmin 。
在工程实践中,为了确保安全运行,不发生气蚀,又增加了0. 3m 的安全量。应使泵入口的实际气蚀余量Δh 符合下述安全条件:
Δh = Ps/ r + Vs 2/ 2 g - Pv/ r ≥[Δh ] =Δhmin + 0. 3 (8)
式中:[Δh ]为允许的气蚀余量。
离心泵装置所具有的实际气蚀余量Δh 与泵吸入口压强和流速有关。下面研究Δh 和吸入管段的关系,进而解决[Δh ]和几何安装高度的关系。将式(1) 变换为Ps/ r 的表达式,代入(8) 式并用[Δh ]代替Δh ,用[Hg ]代替Hg ,于是得出:
[ Hg ] = ( P0 - Pv) / r - Σhs - [Δh ] (9)
由此可见,Δhmin就是液体流入泵后,在其还未被叶轮增压前,所降低的水头值ΔP/ r ,它是因流速增大和水力损失而引起的,影响这一水头降的因素,与泵的结构有关,而与吸水管系统和液体性质等参数无关。它的数值在一定程度上反映了泵抗气蚀的能力的高低。
以上的阐述是以离心泵的安装位置比液面高的情况,即吸入管段用来吸升液体的。在工程实际当中,还可能遇到离心泵安装在吸液面下方的情况。这种吸入管段都属于“灌注式”。