汽蚀余量

物理学概念

泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生气体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，单位用米标注，用（NPSH）r。

概念

汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示。

具体分为如下几类：

NPSHr——泵的汽蚀余量，又叫必需汽蚀余量或泵进口动压降，由泵的水力模型和制造质量确定，减小必需汽蚀余量提高抗汽蚀性能；

NPSHa——装置汽蚀余量，又叫有效汽蚀余量，与泵的安装高度密切相关。提高有效汽蚀余量可以提高抗汽蚀性能。

NPSHc——临界汽蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量；

[NPSH]——许用汽蚀余量，是确定泵使用条件用的汽蚀余量，通常取[NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。

离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近的K点上，液体压力pK最低。此后由于叶轮对液体作功，液体压力很快上升。当叶轮叶片入口附近的压力pK小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力pv时，液体就汽化。同时，使溶解在液体内的气体逸出。它们形成许多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加(有的可达数百个大气压)。这样，不仅阻碍液体正常流动，尤为严重的是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属表面。其撞击频率很高(有的可达2000～3000Hz)，于是金属表面因冲击疲劳而剥裂。如若汽泡内夹杂某种活性气体(如氧气等)，它们借助汽泡凝结时放出的热量(局部温度可达200～300℃)，还会形成热电偶，产生电解，形成电化学腐蚀作用，更加速了金属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽化、凝结、冲击、形成高压、高温、高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀。

离心泵最易发生汽蚀的部位有：

a.叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边缘的低压侧；

b.压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边缘低压侧；

c.无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外圆与壳体之间的密封间隙以及叶梢的低压侧；

d.多级泵中第一级叶轮。

计算方式

该式中：

NPSHr，泵的汽蚀余量，即必需汽蚀余量

v0，叶片进口前的绝对速度

w0，叶片进口前的相对速度

σ，叶片进口压降系数

g，重力加速度

该式中：

NPSHa，装置汽蚀余量，即有效汽蚀余量

Pc，进口水池液面绝对压力

Pv，液体饱和蒸汽压

hg，泵安装高度，最大值即为泵的吸程。

hc，进水管路水头损失

ρ，水的密度

g，重力加速度

相关知识

汽蚀现象

液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生汽泡。把这种产生气泡的现象称为汽蚀。汽蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以致破灭。这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。

泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。

在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。

提高抗气蚀措施

a.提高离心泵本身抗气蚀性能的措施 - 选择低NPSHr泵型

(1)改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计。增大过流面积；增大叶轮盖板进口段的曲率半径，减小液流急剧加速与降压；适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线型，也可以减少绕流叶片头部的加速与降压；提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失；将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受作功，提高压力。

(2)采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。

(3)采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。

(4)设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。

(5)采用抗气蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。

b.提高进液装置有效气蚀余量的措施 - 提高NPSHa

(1)增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量。

(2)减小吸上装置泵的安装高度。

(3)将上吸装置改为倒灌装置。

(4)减小泵前管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。

以上措施可根据泵的选型、选材和泵的使用现场等条件，进行综合分析，适当加以应用。

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