郝詠冰，張 勝，喬金宇，張振坤，史 連，劉 磊，孟令軍

（1.淄博市機(jī)電泵類產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東淄博 255200；2.淄博市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，山東淄博 255000）

0 引言

除了流量、揚(yáng)程和效率外，評價(jià)泵的性能的另外一個(gè)重要指標(biāo)就是汽蝕余量。汽蝕余量是指在恒定流量下，泵的第一級揚(yáng)程下降3%時(shí)的必需汽蝕余量，一般是通過試驗(yàn)得到該參數(shù)的精確數(shù)值[1]。試驗(yàn)回路、測量精度和試驗(yàn)方法都會對泵汽蝕余量產(chǎn)生影響。根據(jù)泵的類型和汽蝕余量的大小，選擇不同的試驗(yàn)方法。

為了對汽蝕試驗(yàn)的方法進(jìn)行分析研究，本文只討論在試驗(yàn)回路和測量精度相同的情況下，試驗(yàn)方法對泵汽蝕余量的影響。本文從分析汽蝕余量的影響因素入手，找到各種試驗(yàn)臺位汽蝕試驗(yàn)的最佳方法。

1 汽蝕余量NPSH定義及其公式推導(dǎo)

汽蝕余量NPSH定義為，相對于NPSH基準(zhǔn)面的入口絕對總水頭與汽化壓力水頭的差值[2]。計(jì)算式為：

式中：H1為相對于NPSH 基準(zhǔn)面的入口絕對總水頭；ZD為NPSH 基準(zhǔn)面到計(jì)算用基準(zhǔn)面的垂直高度值；pb為大氣壓力值；pv為試驗(yàn)溫度下，液體的汽化壓力值；ρ為液體密度值；g為重力加速度值。

實(shí)際試驗(yàn)過程中，為了計(jì)算方便，一般把NPSH基準(zhǔn)面當(dāng)做基準(zhǔn)面，這時(shí)ZD=0，式（1）可改寫為：

如何對式（2）進(jìn)行理解，現(xiàn)做如下分析。

相對于NPSH 基準(zhǔn)面的入口絕對總水頭H1可通過下式得到：

式中：Z1為要研究的點(diǎn)相對于NPSH基準(zhǔn)面的高度；p1為入口測量截面處的表壓力值；v1為入口測量截面處的平均流速。

把式（3）代入式（2），可得：

式（4）就是汽蝕余量的理論計(jì)算公式。

2 汽蝕余量NPSH影響因素分析

汽蝕試驗(yàn)一般是采取保持流量恒定，改變進(jìn)口壓力，從而改變揚(yáng)程的方法進(jìn)行。下面對式（4）進(jìn)行分析。

影響汽蝕余量的因素很多，現(xiàn)假定流量恒定，則管路中的流速也是恒定的，即/2g不變。pb為大氣壓力值，在試驗(yàn)過程中可視為不變，則pb/ρg也不變。Z1為要研究的點(diǎn)相對于NPSH 基準(zhǔn)面的高度，管路固定后，試驗(yàn)過程中，Z1值在試驗(yàn)過程中也不發(fā)生變化。pv為試驗(yàn)溫度下，液體的汽化壓力值，與溫度有關(guān)，一般情況下，認(rèn)定試驗(yàn)過程中介質(zhì)的工作溫度是恒定的，則pv/ρg也不變。因此，在保持流量恒定的情況下，可通過改變進(jìn)口壓力p1的大小來改變NPSH值，從而找到揚(yáng)程下降3%時(shí)的NPSH值[3]。

3 泵的汽蝕試驗(yàn)方法

在保持流量恒定的條件下，可通過改變?nèi)肟跍y量截面處的壓力值來改變NPSH值[4]。改變?nèi)肟跍y量截面處的壓力值可通過以下3種方法實(shí)現(xiàn)。

3.1 降低水位法

泵的試驗(yàn)管路安裝固定后不能再動了，要想改變泵入口測量截面處的壓力值，可通過降低入口管路吸入液面的高度的方法實(shí)現(xiàn)[5]。該方法在開式試驗(yàn)系統(tǒng)中比較常用，儲水池與外界大氣相通?；驹砣缦滤荆?/p>

式中：p 為泵入口測量截面處的靜壓力值；pb為大氣壓力值；h為泵入口測量截面中心點(diǎn)至液面的高度。

如果入口管路插入儲水池中，汽蝕試驗(yàn)過程中，可通過抽取儲水池中的水的方法，使儲水池中的水面高度下降，從而提高泵入口測量截面中心點(diǎn)至液面的高度，從而降低泵入口測量截面處的靜壓力值，如圖1所示。

圖1 降低水位法

3.2 抽真空法

在閉式試驗(yàn)系統(tǒng)中，泵的吸入管路與汽蝕罐相通，吸入管路插入汽蝕罐液面以下，如圖2 所示。由于閉式試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)條件的限制，要想改變泵的入口壓力，只有通過改變汽蝕罐液面上空氣體的壓力實(shí)現(xiàn)。可通過在汽蝕罐上端抽真空的方法達(dá)到降低汽蝕罐液面上空氣體壓力，從而達(dá)到降低泵入口測量截面處的壓力值的目的[6]。

使用抽真空法在抽氣過程中，隨著汽蝕罐上部氣體的真空度降低，氣體變得越來越稀薄，汽蝕罐水中溶解的氣體就會析出，析出的氣體夾帶部分水蒸氣，這樣導(dǎo)致吸入管路中的液體中氣體含量的改變，從而導(dǎo)致測量精度的下降。

圖2 汽蝕罐

3.3 調(diào)節(jié)入口閥門開度法

另外一種改變泵的入口壓力的方法就是調(diào)節(jié)入口閥門開度法，如圖3所示。該方法在開式試驗(yàn)系統(tǒng)中使用最多，具有操作簡單、方便的優(yōu)點(diǎn)。在試驗(yàn)過程中，始終保持泵的流量恒定。調(diào)節(jié)入口閥門開度，由于泵入口管路上的閥門開度變小，從而流經(jīng)閥門的流速變大，流速變大導(dǎo)致閥門處的阻力變大，進(jìn)而改變泵入口管路系統(tǒng)阻力，從而使泵入口處的壓力值降低。

調(diào)節(jié)入口閥門開度法，在調(diào)節(jié)閥門開度的過程中，由于閥門開度變小，流經(jīng)閥門的流速變大，導(dǎo)致閥門處的壓力降低，從而在壓力低處會析出氣泡，提前產(chǎn)生汽蝕，最終導(dǎo)致測試精度降低。實(shí)踐證明，當(dāng)NPSH＜5 m 時(shí)，隨著額定汽蝕余量值變小，這種影響非常明顯[7]。

圖3 調(diào)節(jié)入口閥門開度法

3.3 3種方法比較

（1）從適用哪種試驗(yàn)系統(tǒng)來看，降低水位法和調(diào)節(jié)入口閥門開度法都是用在開式試驗(yàn)系統(tǒng)中，而抽空氣法只適用于閉式試驗(yàn)系統(tǒng)中[8]。

（2）從測試精度來看，降低水位法測試精度最高，抽空氣法次之，調(diào)節(jié)入口閥門開度法最低。

（3）從測試系統(tǒng)造價(jià)來看，抽空氣法用在閉式試驗(yàn)系統(tǒng)中，和其他兩種試驗(yàn)測試系統(tǒng)相比造價(jià)是最高的。降低水位法由于要把儲水池中的水抽出，所以不可避免會造成試驗(yàn)液體的浪費(fèi)。

（4）當(dāng)NPSH≥5 m 時(shí)，開式臺調(diào)節(jié)入口閥門開度法和閉式臺抽真空法這兩種汽蝕試驗(yàn)的結(jié)果基本一致，精度基本相當(dāng)。當(dāng)NPSH＜5 m時(shí)，宜采用閉式臺抽真空法。

4 結(jié)束語

本文中討論的3 種汽蝕試驗(yàn)方法是最常用的汽蝕試驗(yàn)方法。在實(shí)際應(yīng)用過程中，要根據(jù)被測試泵的參數(shù)，選擇合適的試驗(yàn)管路系統(tǒng)，運(yùn)用對應(yīng)的汽蝕試驗(yàn)測試方法進(jìn)行試驗(yàn)。閉式試驗(yàn)臺雖然精度高，但是造價(jià)也高，只有汽蝕余量很小的泵的試驗(yàn)才使用。開式試驗(yàn)臺中的降低水位法雖然精度高，但是實(shí)現(xiàn)比較麻煩，會造成資源浪費(fèi)；調(diào)節(jié)入口閥門開度法是汽蝕試驗(yàn)最常用的一種方法，只要NPSH≥5 m，都可使用。汽蝕試驗(yàn)的3種汽蝕試驗(yàn)方法，對實(shí)際汽蝕試驗(yàn)過程有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。