水泵的汽蚀余量和安装高度到底是个啥？ [课程编码743]

一、气蚀的发生过程：  液体汽化时的压力称为汽化压力（饱和蒸汽压力），液体汽化压力的大小和温度有关，温度越高，由于分子运动更剧烈，其汽化压力越大。20℃清水的汽化压力为233.8Pa,而100℃水的汽化压力为101296Pa(一个大气压)。可见，一定温度下的压力是促成液体汽化的外界因素。液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生气泡，把这种产生气泡的现象称为气蚀。  气蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以至破灭。这种压力上升，气泡消失在液体中的现象称为气蚀的溃灭。  为保证泵不汽蚀，泵叶轮进口处单位重量的液体所必须具有的超过汽化压力的富余能量。浅释如下：
  当离心泵的吸入高度过大和液体温度较高时，以致使吸入口压强小于或等于液体饱和蒸汽压，则液体会在泵进口处沸腾汽化，在泵壳内形成一个充满蒸汽的空间，随着泵旋转，气泡进入高压区，由于压差的作用，气泡受压破裂而重新凝结，在凝结的一瞬间，质点互相撞击，产生了很高的局部压力，如果这些气泡在金属表面附近破裂而凝结，则液体质点就象无数小弹头一样，连续击打在金属表面，使金属表面产生裂纹，甚至局部产生剥落现象，使叶轮表面呈蜂窝状，同时气泡中的某些活泼气体如氧气等进入到金属表面的裂纹中，借助气泡凝结时放出的热量，使金属受到化学腐蚀作用，上述现象即为汽蚀。
  汽蚀现象产生时，泵将产生噪音和振动，使泵的扬程、流量、效率的性能急剧下降，同时加速了材料的损坏，缩短了机件的使用寿命，因此，必须限制泵的吸入高度，防止液体大量汽化，以免发生汽蚀现象。  一台泵在运转中发生了气蚀，但在完全相同的条件下换上另一台泵可能就不会发生气蚀，这说明是否发生气蚀和泵本身的抗气蚀性能有关。反之，同一台泵在某一条件下（如吸上高度7米）使用发生气蚀，改变使用条件（如吸上高度5米）则不会发生气蚀，这说明是否发生气蚀还与使用条件有关。这就是泵汽蚀余量或必需气蚀余量NPSHr（又称必需的净正压头）和装置气蚀余量或有效气蚀余量NPSHa（又称有效的净正压头）. 二、泵安装高度的计算：泵之所以吸上液体，是因为叶轮旋转在叶轮进口造成真空，吸入液面的压力P0把液体压入泵的结果。即外因P0通过内因（真空）而起作用，二者缺一不可。最理想的情况是在叶轮造成真空，不计流动过程的损失，泵在标准大气压下只能吸上10.33米，实际泵的吸上高度均在10米以下。

  叶片入口处的压强P2和被输送液体在操作温度下的饱和蒸汽压Pv可用下面的等式表示：

     -----1ρ—被输送液体在操作温度下的密度，kg/m3g—重力加速度，=9.81m/s2△ha—气蚀安全量，一般取0.3米在泵入口1和叶片2间作能量恒算：


左边3项为NPSHa, 有效气蚀余量，即NPSHa=


右边2项为NPSHr, 必需气蚀余量，即NPSHr=


把公式1代入：


在液面0和泵入口1间作能量恒算：


Hg-------安装高度，mHf--------0-1之间的管道阻力损失移项得安装高度的计算公式：


在实验条件下，P0为一个工程大气压，即P0=9.81*10000Pa,并以20℃清水为介质进行实验，密度为998.2kg/m3,饱和蒸汽压力Pv=2334.6Pa.若条件改变时这些参数均须改变。代入上面公式：


为了确保离心泵正常操作，将所测得（NSPH）c值加上一定的安全量作为必需汽蚀余量（NSPH）r，并列入泵产品样本，或绘于泵的特性曲线上。1、 根据装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件、经济方案比较等多方面因素；2、考虑选择卧式、立式和其它型式（管道式、直角式、变角式、转角式、平行式、垂直式、直立式、潜水式、便拆式、液下式、无堵塞式、自吸式、齿轮式、充油式、充水温式）。卧式泵拆卸装配方便；易管理、但体积大；需很大占地面积；立式泵；很多情况下叶轮淹没在水中；任何时候可以启动；便于自动盍或远程控制；并且紧凑；安装面积小；价格较便宜。3、根据液体介质性质，确定清水泵，热水泵还油泵、化工泵或耐腐蚀泵或杂质泵，或者采用不堵塞泵。安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机。4、振动量分为：气动、电动（电动分为220v电压和380v电压）。5、根据流量大小，选单吸泵还是双吸泵：根据扬程高低，选单吸泵还是多吸泵，高转速泵还是低转速泵（空调泵）、多级泵效率比单级泵低，当选单级泵和多级泵同样都能用时，宜选用单级泵。 6、 确定泵的具体型号，采用什么系列的泵选用后，就可按最大流量，放大5%——10%余量后的扬程这两个性能主要参数，在型谱图或系列特性曲线上确定具体型号。 利用泵特性曲线，在横坐标上找到所需流量值，在纵坐标上找到所需扬程值，从两值分别向上和向右引垂线或水平线，两线交点正好落在特性曲线上，则该泵就是要选的泵，但是这种理想情况一般不会很少，通常会碰上下列几种情况：A、第一种：交点在特性曲线上方，这说明流量满足要求，但扬程不够，此时，若扬程相差不多，或相差5%左右，仍可选用，若扬程相差很多，则选扬程较大的泵。或设法减小管路阻力损失。B、第二种：交点在特性曲线下方，在泵特性曲线扇状梯形范围内 ，就初步定下此型号，然后根据扬程相差多少，来决定是否切割叶轮直径，若扬程相差很小，就不切割，若扬程相差很大，就按所需Q、H、，根据其ns和切割公式，切割叶轮直径，若交点不落在扇状梯形范围内，应选扬程较小的泵。选泵时，有时须考虑生产工艺要求，选用不同形状Q-H特性曲线。通常把表示主要性能参数之间关系的曲线称为离心泵的性能曲线或特性曲线，实质上，离心泵性能曲线是液体在泵内运动规律的外部表现形式，通过实测求得。特性曲线包括：流量-扬程曲线（Q-H），流量-效率曲线（Q-η），流量-功率曲线（Q-N），流量-汽蚀余量曲线（Q-（NPSH）r），性能曲线作用是泵的任意的流量点，都可以在曲线上找出一组与其相对的扬程，功率，效率和汽蚀余量值，这一组参数称为工作状态，简称工况或工况点，离心泵最高效率点的工况称为最佳工况点，最佳工况点一般为设计工况点。一般离心泵的额定参数即设计工况点和最佳工况点相重合或很接近。在实践选效率区间运行，即节能，又能保证泵正常工作，因此了解泵的性能参数相当重要。