水泵的氣蝕與汽蝕余量是怎么一回事?

　　1、水泵汽蝕現(xiàn)象是怎么發(fā)生的?

　　什么是汽蝕現(xiàn)象呢?可以從日常生活來談起:如果在一個(gè)大氣壓力作用下，將水加熱到100°C就會(huì)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(huì)冒出大量氣泡。如果水面壓力降低到0. 024atm(1atm=1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)以下時(shí)，水在20C的常溫下也會(huì)冒出大量的氣泡，水沸騰。所以水的汽化不但與溫度有關(guān)，而且還與壓力有關(guān)。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(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力，使泵的進(jìn)口處壓力降低產(chǎn)生真空，也就是低于大氣壓力，而吸水池的液面上有一個(gè)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(jìn)口的壓力要求更低，真空度更大，才能把液體吸上來。當(dāng)泵進(jìn)口處的壓力低至該溫度下該液體的汽化壓力時(shí)，雖然在常溫下，該液休也會(huì)汽化而產(chǎn)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(zhuǎn)的葉輪對(duì)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(jié)成液體而消失。這時(shí)，氣泡四周的液體質(zhì)點(diǎn)以很高的速度運(yùn)動(dòng)補(bǔ)充，質(zhì)點(diǎn)互相撞擊，在瞬間產(chǎn)生很高的壓力(即水錘現(xiàn)象)，產(chǎn)生很強(qiáng)的水擊波就像無數(shù)個(gè)小彈頭連續(xù)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(chǎn)生蜂窩狀的小塊剝落，通常稱為剝蝕。在所產(chǎn)生的氣泡中，還有一些活潑氣體( 如氧等)，借助氣泡凝結(jié)時(shí)所放出的熱量對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕、電化腐蝕與機(jī)械剝蝕的共同作用，加快了對(duì)金屬的損壞速度，這種現(xiàn)象就叫做汽蝕現(xiàn)象。

　　泵開始發(fā)生汽蝕時(shí)，氣泡較少，區(qū)域也較小，對(duì)泵的正常工作沒有明顯影響，但當(dāng)發(fā)展到一定程度時(shí)，就會(huì)影響到泵的性能(流量、揚(yáng)程、功率、效率)明顯下降(泵的汽蝕試驗(yàn)就是利用這一現(xiàn)象進(jìn)行判斷)， 并發(fā)生振動(dòng)、噪聲。當(dāng)汽蝕進(jìn)一步發(fā)展，氣泡大量產(chǎn)生就會(huì)造成性能曲線急劇下降，液體產(chǎn)生斷流而泵無法工作。所以泵的汽蝕問題必須應(yīng)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(dòng)時(shí)，泵體內(nèi)的葉輪帶動(dòng)水高速旋轉(zhuǎn)，水作離心運(yùn)動(dòng)，向外甩出，水在葉輪末端(E點(diǎn))及導(dǎo)流殼體區(qū)域形成高壓，并被壓入出水管。泵體內(nèi)的水被壓出后，在轉(zhuǎn)軸附近(D點(diǎn))形成低壓區(qū)，外部水在大氣壓的作用下進(jìn)入泵體，以此循環(huán)，將水從低位輸送至到高位區(qū)域。(圖示2、圖示3)

圖2

圖3

　　二、汽蝕余量

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

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

　　相對(duì)NPSH基準(zhǔn)面的入口絕對(duì)總水頭與汽化壓力水頭的差。計(jì)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(guī)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(guī)定的流量、轉(zhuǎn)速和輸送液體的條件下,泵達(dá)到規(guī)定性能的最小汽蝕余量(出現(xiàn)可見汽蝕、汽蝕引起的噪聲和振動(dòng)的增大、揚(yáng)程或效率開始下降、給定降幅的揚(yáng)程或效率、汽蝕侵蝕限度)。

　　必需汽蝕余量是在規(guī)定的流量、轉(zhuǎn)速和輸送液體的條件下，泵達(dá)到規(guī)定性能的最小汽蝕余量，是保證水泵內(nèi)部不發(fā)生汽蝕所必須具有的汽蝕余量。注：發(fā)生汽蝕的特征包括：出現(xiàn)可見汽蝕、汽蝕引起的噪聲和振動(dòng)的增大、揚(yáng)程或效率開始下降、給定降幅的揚(yáng)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(jù)必需汽蝕余量、最高工作環(huán)境溫度下水的飽和蒸汽壓，結(jié)合管路損失等參數(shù)，就可以計(jì)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(huán)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(shí)際大氣壓;注2：本計(jì)算僅供參考，最終取值應(yīng)考慮一定的保證余量。

　　(4)臨界汽蝕余量NPSH3

　　泵第一級(jí)揚(yáng)程下降3%時(shí)的汽蝕余量,作為標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)用于表示性能曲線。

　　注:NPSH3的單位為米(m)。

　　通常取：NPSH=(1.1~1.5)NPSH3

　　3、不同標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范對(duì)NPSH裕量的規(guī)定

　　3.1 UOP5-11-7規(guī)范

　　必須有一個(gè)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(tǒng)計(jì)算中，因此，只要泵的NPSHR≤NPSHA即可。

　　3.2 ANSI/API610標(biāo)準(zhǔn)第11版

　　除了規(guī)定的NPSH3以外......通常希望有一個(gè)工作安全裕量，這個(gè)工作安全裕量足以在所有流量下(從最小連續(xù)穩(wěn)定流量到最大預(yù)期運(yùn)行流量)保護(hù)泵免遭回流、汽蝕引起的損壞。賣方應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的泵型和規(guī)定的使用條件推薦一個(gè)安全裕量。

　　3.3 GB/T16907-2014標(biāo)準(zhǔn)

　　NPSHA應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)

　　標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)不同應(yīng)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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