水泵的气蚀与汽蚀余量是怎么一回事?

　　水泵的气蚀与汽蚀余量是怎么一回事?

　　1、水泵汽蚀现象是怎么发生的?

　　什么是汽蚀现象呢?可以从日常生活来谈起:如果在一个大气压力作用下，将水加热到100°C就会有大量气泡从水中析出——水沸腾了。但是在高山上，由于空气稀薄而气压低，水不到100C就会冒出大量气泡。如果水面压力降低到0. 024atm(1atm=1个标准大气压)以下时，水在20C的常温下也会冒出大量的气泡，水沸腾。所以水的汽化不但与温度有关，而且还与压力有关。在一一定温度下，液体开始汽化的临界压力叫做汽化压力(或称饱和蒸汽压力)，用p表示。

　　从离心泵的工作原理中知道，泵能将低处的液体吸上来是由于叶轮转动产生离心力，使泵的进口处压力降低产生真空，也就是低于大气压力，而吸水池的液面上有一个大气压力，在其作用下把液体压上来了。如果泵的安装离吸入液面越高，则泵的进口的压力要求更低，真空度更大，才能把液体吸上来。当泵进口处的压力低至该温度下该液体的汽化压力时，虽然在常温下，该液休也会汽化而产生大量气泡，这些气泡随液体一起流入叶轮流道中。由于泵通过旋转的叶轮对液体作功，使液体能量逐渐增加，液体的压力又逐渐升高，液体中的气泡受压破裂，重新凝结成液体而消失。这时，气泡四周的液体质点以很高的速度运动补充，质点互相撞击，在瞬间产生很高的压力(即水锤现象)，产生很强的水击波就像无数个小弹头连续打击叶片表面，久而久之，金属表面逐渐因疲劳破坏，在叶片上产生蜂窝状的小块剥落，通常称为剥蚀。在所产生的气泡中，还有一些活泼气体( 如氧等)，借助气泡凝结时所放出的热量对金属起化学腐蚀、电化腐蚀与机械剥蚀的共同作用，加快了对金属的损坏速度，这种现象就叫做汽蚀现象。

　　泵开始发生汽蚀时，气泡较少，区域也较小，对泵的正常工作没有明显影响，但当发展到一定程度时，就会影响到泵的性能(流量、扬程、功率、效率)明显下降(泵的汽蚀试验就是利用这一现象进行判断)， 并发生振动、噪声。当汽蚀进一步发展，气泡大量产生就会造成性能曲线急剧下降，液体产生断流而泵无法工作。所以泵的汽蚀问题必须应予重视与防止。

　　下图为不同温度下的饱和水蒸汽压力。

　　离心泵启动时，泵体内的叶轮带动水高速旋转，水作离心运动，向外甩出，水在叶轮末端(E点)及导流壳体区域形成高压，并被压入出水管。泵体内的水被压出后，在转轴附近(D点)形成低压区，外部水在大气压的作用下进入泵体，以此循环，将水从低位输送至到高位区域。(图示2、图示3)

图2

图3

　　二、汽蚀余量

　　2、为了使泵在运行中不发生汽蚀，泵的进口处的液体所具有超过汽化压力的富裕能量(即相对基准面的入口绝对总水头与汽化压力水头之差)，称为汽蚀余量(NPSH)， 国外称净正吸入头，单位mmH2O。根据不同情况汽蚀余量有:

　　(1)汽蚀余量 net positive suction head;NPSH

　　相对NPSH基准面的入口绝对总水头与汽化压力水头的差。计算公式如下：

　　(2)有效汽蚀余量available NPSH;NPSHA

　　由装置条件确定的、规定流量下可获得的(可利用的)NPSH

　　注:有效汽蚀余量的单位为米(m)。

　　注1：越大越不易汽蚀。

　　(3)必需汽蚀余量required NPSH;NPSHR

　　在规定的流量、转速和输送液体的条件下,泵达到规定性能的最小汽蚀余量(出现可见汽蚀、汽蚀引起的噪声和振动的增大、扬程或效率开始下降、给定降幅的扬程或效率、汽蚀侵蚀限度)。

　　必需汽蚀余量是在规定的流量、转速和输送液体的条件下，泵达到规定性能的最小汽蚀余量，是保证水泵内部不发生汽蚀所必须具有的汽蚀余量。注：发生汽蚀的特征包括：出现可见汽蚀、汽蚀引起的噪声和振动的增大、扬程或效率开始下降、给定降幅的扬程或效率、汽蚀侵蚀限度，等等。

　　注1:其值由制造厂家/供方给出。必需汽蚀余量是泵的特性。

　　注2:必需汽蚀余量的单位为米(m)。

　　注3：越小抗汽蚀性能越好。

　　根据必需汽蚀余量、最高工作环境温度下水的饱和蒸汽压，结合管路损失等参数，就可以计算出水泵的最大取水高度。

　　以图2为例，最大取水高度(h)可以这样估算：h=大气压(m水柱)-最高环境温度下的饱和蒸汽压(m水柱)-必需汽蚀余量(m)-管路损失-吸水管半径(m)。注1：本公式的大气压，为取水所在地的实际大气压;注2：本计算仅供参考，最终取值应考虑一定的保证余量。

　　(4)临界汽蚀余量NPSH3

　　泵第一级扬程下降3%时的汽蚀余量,作为标准基准用于表示性能曲线。

　　注:NPSH3的单位为米(m)。

　　通常取：NPSH=(1.1~1.5)NPSH3

　　3、不同标准/规范对NPSH裕量的规定

　　3.1 UOP5-11-7规范

　　必须有一个0.6米或NPSHA的15%的安全裕量，两者之间取大值。而且该安全裕量包含在系统计算中，因此，只要泵的NPSHR≤NPSHA即可。

　　3.2 ANSI/API610标准第11版

　　除了规定的NPSH3以外......通常希望有一个工作安全裕量，这个工作安全裕量足以在所有流量下(从最小连续稳定流量到最大预期运行流量)保护泵免遭回流、汽蚀引起的损坏。卖方应当根据具体的泵型和规定的使用条件推荐一个安全裕量。

　　3.3 GB/T16907-2014标准

　　NPSHA应有比NPSHR大10%的裕量，且该裕量不得小于0.5米。

　　3.4 ANSI/HI9.6.1-2012标准

　　标准针对不同应用的离心泵给出了推荐的最小裕量比或最小裕量值。