汽蚀余量和泵的安装高度的关系

先说一下各种汽蚀余量的概念：

欧阳学文

NPSH，汽蚀余量，是水泵进口的水流能量相对汽化压力的富余水头。

要谈允许汽蚀余量的由来，首先讲NPSH的一种：有效汽蚀余量NPSHa（NPSH available，也有以Δha表示），取决于进水池水面的大气压强、泵的吸水高度、进水管水头损失和水流的工作温度，这些因素均取决于水泵的装置条件，与水泵本身性能无关，所以也有叫装置汽蚀余量的。NPSHr（NPSH required，Δhr），必需汽蚀余量。由上所述，在一定装置条件下，有效汽蚀余量Δha为定值，此时对于不同的泵，有些泵发生了汽蚀，有些泵则没有，说明是否汽蚀还与泵的性能有关。因为Δha仅说明泵进口处有超过汽化压力的富余能量，并不能保证泵内压力最低点（与泵性能有关）的压力仍高于汽化压力。将泵内的水力损失和流速变化引起的压力降低值定义为必须汽蚀余量Δhr，也就是说要保证泵不发生汽蚀，必要条件是Δha>Δhr。Δhr与泵的进水室、叶轮几何形状、转速和流量

有关，也就是与泵性能相关，而与上述装置条件无关。

一般来讲Δhr不能准确计算，所以通常通过试验方法确定。这时就引入临界汽蚀余量NPSHc（NPSH critical，Δhc），即试验过程泵刚好开始汽蚀时的汽蚀余量，此时Δha=Δhc=Δhr，这样即可确认Δhr。而由于临界状况很难判断（因为此时性能可能并无大变化），按GB7021－86规定，临界Δhc这样确定：在给定流量情况下，引起扬程或效率（多级泵则为第一级叶轮）下降（2＋k/2)%时的Δha 值；或在给定扬程情况下，引起流量或效率下降（2＋k/2)%时的Δha值。k为水泵的型式数。

而以上均为理论值。要保证水泵不发生汽蚀，引入允许汽蚀余量（[NPSH]，[Δh]），是根据经验人为规定的汽蚀余量，对于小泵[Δh]=Δhc+0.3m，大型水泵[Δh]=（1.1~1.3）Δhc。最后水泵运行不产生汽蚀的必要条件是：装置有效汽蚀余量不得小于允许汽蚀余量，即Δha>=[Δh]。如同测试水泵其他性能参数一样，水泵厂家通过汽蚀试验测得不同流量下的临界汽蚀余量Δhc，绘制Δhc~Q曲线和Δh~Q曲线供用户使用。

最后，允许汽蚀余量[Δh]越大，对装置有效汽蚀余量要求越高，也就越容易发生汽蚀。

再说说离心泵的工作原理

离心泵的工作原理

1．工作原理

如左图所示，离心泵体内的叶轮固定在泵轴上，

叶轮上有若干弯曲的叶片，泵轴在外力带动下旋

转，叶轮同时旋转，泵壳中央的吸入口与吸入管

相连接，侧旁的排出口和排出管路9相连接。启

动前，须灌液，即向壳体内灌满被输送的液体。

启动电机后，泵轴带动叶轮一起旋转，充满叶片

之间的液体也随着旋转，在惯性离心力的作用下

液体从叶轮中心被抛向外缘的过程中便获得了能

量，使叶轮外缘的液体静压强提高，同时也增大

了流速，一般可达15～25m/s。

液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐

加宽，液体的流速逐渐降低，又将一部分动能转

变为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提

高。液体以较高的压强，从泵的排出口进入排出

管路，输送至所需的场所。

当泵内液体从叶轮中心被抛向外缘时，在中心处形成了低压区，由于贮槽内液面上方的压强大于泵吸入口处的压强，在此压差的作用下，液体便经吸入管路连续地被吸入泵内，以补充被排出的液体，只要叶轮不停的转动，液体

便不断的被吸入和排出。

由此可见，离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转的叶轮，液体在离心力的作用下获得了能量以提高压强。

通常在吸入管路的进口处装有一单向底阀，以截留灌入泵体内的液体。另外，在单向阀下面装有滤网，其作用是拦阻液体中的固体物质被吸入而堵塞管道和泵壳。

启动与停泵：灌液完毕后，此时应关闭出口阀后启动泵，这时所需的泵的轴功率最小，启动电流较小，以保护电机。启动后渐渐开启出口阀。

停泵前，要先关闭出口阀后再停机，这样可避免排出管内的水柱倒冲泵壳内叶轮，叶片，以延长泵的使用寿命。

离心泵的汽蚀现象（Cavitation）

离心泵运转时，液体在泵内压强的变化如图所示：

液体压强随着泵吸入口向叶轮入口而下

降，叶片入口附近K—K面处的压强pK

为最低，此后由于叶轮对液体作功，压

强很快上升。

假如：Pk≤pv(t)，Pv(t)被输液温度t时的

饱和蒸汽压，则液体发生汽化产生汽

泡，汽泡随同液体从低压区流向高压

区，在高压的作用下迅速凝聚或汽泡破

裂，与此同时，汽泡周围的液体会以极

高的速度冲向原汽泡所占据的空间，在

冲击点处可形成高达几万kpa的压强，

冲击频率可高达每秒几万次之多，若当

汽泡的凝聚发生在叶片表面附近时，众

多液体质点犹如细小的高频水锤撞击叶

片，侵蚀叶片和叶轮，这种不正常现象

称为汽蚀现象。

汽蚀发生时，会产生噪音和震动，叶轮局部地方在巨大冲击力的反复作用下，材料表面疲劳，从点蚀到形成严重的蜂窝状空洞，损坏叶片。泵的流量，压头和效率急剧下降，严重时甚至吸不上液体，所以为保证离心泵正常运转，应避免汽蚀现象的产生，即须使Pk﹥Pv(t)。

由于Pk位置不易确定，而泵入口处的压强Ps易测得（Ps 由真空表测得），当Pk=Pv(t)时，则相应的Ps记作为Psmin。

为防止汽蚀产生，Ps/ρg﹥Psmin/ρg（一般提高0.3m或以上）

Pa/ρg=Ps/ρg+V2s/2g+Hg+hAS（公式1）

Pa吸液罐液面压力（如果吸液罐跟大气连通Pa就是大气压力） Pa

Ps泵吸口压力 Pa

Vs泵吸口处液体的平均流速 m/s

Hg泵的几何安装高度（吸上高度） m

ρ液体密度 Kg/m3

hAS液体从吸液罐液面至泵入口处的阻力损失 m （PaPs）/ρg=Hg+V2s/2g+hAS

令（PaPs）/ρg=Hs 称为吸上真空高度

则 Hs=Hg+V2s/2g+hAS

Hs=HsmaxK （K=0.30.5）

最大吸上高度Hsmax，由制造厂实验求得，它是发生在断裂工况时的吸上真空高度。

现在看看吸上真空高度和汽蚀余量的关系：

允许汽蚀余量[△h] NPSH(Net Positive Suction Head)