水泵的氣蝕與汽蝕余量是怎么一回事?

　　1、水泵汽蝕現象是怎么發生的?

　　什么是汽蝕現象呢?可以從日常生活來談起:如果在一個大氣壓力作用下，將水加熱到100°C就會有大量氣泡從水中析出——水沸騰了。但是在高山上，由于空氣稀薄而氣壓低，水不到100C就會冒出大量氣泡。如果水面壓力降低到0. 024atm(1atm=1個標準大氣壓)以下時，水在20C的常溫下也會冒出大量的氣泡，水沸騰。所以水的汽化不但與溫度有關，而且還與壓力有關。在一一定溫度下，液體開始汽化的臨界壓力叫做汽化壓力(或稱飽和蒸汽壓力)，用p表示。

　　從離心泵的工作原理中知道，泵能將低處的液體吸上來是由于葉輪轉動產生離心力，使泵的進口處壓力降低產生真空，也就是低于大氣壓力，而吸水池的液面上有一個大氣壓力，在其作用下把液體壓上來了。如果泵的安裝離吸入液面越高，則泵的進口的壓力要求更低，真空度更大，才能把液體吸上來。當泵進口處的壓力低至該溫度下該液體的汽化壓力時，雖然在常溫下，該液休也會汽化而產生大量氣泡，這些氣泡隨液體一起流入葉輪流道中。由于泵通過旋轉的葉輪對液體作功，使液體能量逐漸增加，液體的壓力又逐漸升高，液體中的氣泡受壓破裂，重新凝結成液體而消失。這時，氣泡四周的液體質點以很高的速度運動補充，質點互相撞擊，在瞬間產生很高的壓力(即水錘現象)，產生很強的水擊波就像無數個小彈頭連續打擊葉片表面，久而久之，金屬表面逐漸因疲勞破壞，在葉片上產生蜂窩狀的小塊剝落，通常稱為剝蝕。在所產生的氣泡中，還有一些活潑氣體( 如氧等)，借助氣泡凝結時所放出的熱量對金屬起化學腐蝕、電化腐蝕與機械剝蝕的共同作用，加快了對金屬的損壞速度，這種現象就叫做汽蝕現象。

　　泵開始發生汽蝕時，氣泡較少，區域也較小，對泵的正常工作沒有明顯影響，但當發展到一定程度時，就會影響到泵的性能(流量、揚程、功率、效率)明顯下降(泵的汽蝕試驗就是利用這一現象進行判斷)， 并發生振動、噪聲。當汽蝕進一步發展，氣泡大量產生就會造成性能曲線急劇下降，液體產生斷流而泵無法工作。所以泵的汽蝕問題必須應予重視與防止。

　　下圖為不同溫度下的飽和水蒸汽壓力。

　　離心泵啟動時，泵體內的葉輪帶動水高速旋轉，水作離心運動，向外甩出，水在葉輪末端(E點)及導流殼體區域形成高壓，并被壓入出水管。泵體內的水被壓出后，在轉軸附近(D點)形成低壓區，外部水在大氣壓的作用下進入泵體，以此循環，將水從低位輸送至到高位區域。(圖示2、圖示3)

圖2

圖3

　　二、汽蝕余量

　　2、為了使泵在運行中不發生汽蝕，泵的進口處的液體所具有超過汽化壓力的富裕能量(即相對基準面的入口絕對總水頭與汽化壓力水頭之差)，稱為汽蝕余量(NPSH)， 國外稱凈正吸入頭，單位mmH2O。根據不同情況汽蝕余量有:

　　(1)汽蝕余量 net positive suction head;NPSH

　　相對NPSH基準面的入口絕對總水頭與汽化壓力水頭的差。計算公式如下：

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　　(2)有效汽蝕余量available NPSH;NPSHA

　　由裝置條件確定的、規定流量下可獲得的(可利用的)NPSH

　　注:有效汽蝕余量的單位為米(m)。

　　注1：越大越不易汽蝕。

　　(3)必需汽蝕余量required NPSH;NPSHR

　　在規定的流量、轉速和輸送液體的條件下,泵達到規定性能的最小汽蝕余量(出現可見汽蝕、汽蝕引起的噪聲和振動的增大、揚程或效率開始下降、給定降幅的揚程或效率、汽蝕侵蝕限度)。

　　必需汽蝕余量是在規定的流量、轉速和輸送液體的條件下，泵達到規定性能的最小汽蝕余量，是保證水泵內部不發生汽蝕所必須具有的汽蝕余量。注：發生汽蝕的特征包括：出現可見汽蝕、汽蝕引起的噪聲和振動的增大、揚程或效率開始下降、給定降幅的揚程或效率、汽蝕侵蝕限度，等等。

　　注1:其值由制造廠家/供方給出。必需汽蝕余量是泵的特性。

　　注2:必需汽蝕余量的單位為米(m)。

　　注3：越小抗汽蝕性能越好。

　　根據必需汽蝕余量、最高工作環境溫度下水的飽和蒸汽壓，結合管路損失等參數，就可以計算出水泵的最大取水高度。

　　以圖2為例，最大取水高度(h)可以這樣估算：h=大氣壓(m水柱)-最高環境溫度下的飽和蒸汽壓(m水柱)-必需汽蝕余量(m)-管路損失-吸水管半徑(m)。注1：本公式的大氣壓，為取水所在地的實際大氣壓;注2：本計算僅供參考，最終取值應考慮一定的保證余量。

　　(4)臨界汽蝕余量NPSH3

　　泵第一級揚程下降3%時的汽蝕余量,作為標準基準用于表示性能曲線。

　　注:NPSH3的單位為米(m)。

　　通常?。篘PSH=(1.1~1.5)NPSH3

　　3、不同標準/規范對NPSH裕量的規定

　　3.1 UOP5-11-7規范

　　必須有一個0.6米或NPSHA的15%的安全裕量，兩者之間取大值。而且該安全裕量包含在系統計算中，因此，只要泵的NPSHR≤NPSHA即可。

　　3.2 ANSI/API610標準第11版

　　除了規定的NPSH3以外......通常希望有一個工作安全裕量，這個工作安全裕量足以在所有流量下(從最小連續穩定流量到最大預期運行流量)保護泵免遭回流、汽蝕引起的損壞。賣方應當根據具體的泵型和規定的使用條件推薦一個安全裕量。

　　3.3 GB/T16907-2014標準

　　NPSHA應有比NPSHR大10%的裕量，且該裕量不得小于0.5米。

　　3.4 ANSI/HI9.6.1-2012標準

　　標準針對不同應用的離心泵給出了推薦的最小裕量比或最小裕量值。

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