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泵友圈:汽蚀问题浅谈

作者:泵友圈

Tips:汽蚀,也叫作“气蚀”,是一种由于系统与水泵不匹配,造成的水泵损害的现象。


我们先简单解释下汽蚀的产生过程,然后再详细说明怎样解决和避免汽蚀。




如上系统图所示,环境大气压为10m,水泵入口中心线高于液面7m,吸入口管路和弯头等组件会产生2m水压降,这样可以计算P0点的绝对压力:10-7-2=1m,而水泵自身会有一个汽蚀余量曲线,如下图:




可从图中看到,这台水泵流量在22m³/h的时候,汽蚀余量(NPSH)为2m,这个汽蚀余量的含义是水泵吸入口最低的绝对压力要求至少为2m,水在进入泵体内部持续压降,如果入口不能保证2m绝对压力,那么在水进入泵体尚未接触到叶轮表面时就会汽化,变为气水混合状态,当含有气泡的水接触到叶轮表面被瞬间增压时,由于压力上升,气泡破灭,周边的水会快速地填充气泡的空间,造成叶轮表面撞击,从而损伤叶轮。


整个流程就是我们所说的汽蚀,汽蚀的根本原因在于水泵的汽蚀余量与系统所能提供的最低压力不匹配。


汽蚀状态下水泵的性能曲线会快速衰减,除了叶轮寿命受影响之外,水泵也无法像预期一样提供流量和扬程。



上面我们解释了汽蚀的产生过程,接下来我们介绍下如何避免汽蚀。


首先我们列出影响汽蚀的几个因素:


(1)水泵自身的汽蚀余量(NPSH):汽蚀余量是一个动态值,每台水泵的汽蚀余量都不尽相同,并且在一台水泵下的不同流量点,汽蚀余量也不一样,流量越小,汽蚀余量越低,流量越大,汽蚀余量越高。


(2)环境大气压:平原地区的环境大气压约为10m,一些高海拔城市的大气压通常会有所下降,例如昆明的海拔高度大约为1800m,环境大气压约为8m。


(3)泵和水面的安装高度差:常规的安装建议是泵低于水面,部分特殊场所下,泵需要高于水面安装,这里的安装高度差是以泵高减去水面高,所以如果是泵高于液面1m时,高度差为-1m。


(4)水泵吸入口的压降:压降源自于管路内壁摩擦水阻,弯头阀门等局部水阻,这个水阻与管径、流量相关,需要准确评估这部分水阻时,可查阅Pentax历史推文中的100m管阻表格。


(5)饱和蒸汽压:与水温相关,水温越高则饱和蒸汽压越高,例如20℃水的饱和蒸汽压约为0m,意味着绝对压力值降为0m时会发生汽化,而90℃水的饱和蒸汽压为7m,意味着绝对压力值降为7m时会发生汽化。


通过如上5点,按照下面公式校核系统的汽蚀安全性,不等式成立时,系统安全,不会发生汽蚀,不等式不成立时,系统有汽蚀风险。




最后要说明的是,汽蚀一旦发生则很难消除,需要改变上式中的一个或多个变量才可以,然而系统安装位置不可改变,所以大气压力和安装高度差基本无法调整,入口阀门和管路可以尝试更换更大口径规格或拆除过滤器等减少水阻,如果系统允许,也可适当降低水温来降低饱和蒸汽压,或者更换水泵来降低水泵的汽蚀余量。


Tips:“气蚀”表述的是气体(气泡)消失所对叶片产生的侵蚀损害,而水泵专业更喜欢用“汽蚀”来描述,这是因为我们所看到的并不仅仅是侵蚀损害的时刻,也看到了损害叶轮的气体(气泡)是来自于水的汽化。


附表1:海拔高度与大气压


附表2:水的饱和蒸汽压



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