泵汽蝕試驗方法研究

郝詠冰，張 勝，喬金宇，張振坤，史 連，劉 磊，孟令軍

（1.淄博市機電泵類產品質量檢驗研究院，山東淄博 255200；2.淄博市產品質量監(jiān)督檢驗所，山東淄博 255000）

0 引言

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

為了對汽蝕試驗的方法進行分析研究，本文只討論在試驗回路和測量精度相同的情況下，試驗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，找到各種試驗臺位汽蝕試驗的最佳方法。

1 汽蝕余量NPSH定義及其公式推導

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

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

實際試驗過程中，為了計算方便，一般把NPSH基準面當做基準面，這時ZD=0，式（1）可改寫為：

如何對式（2）進行理解，現(xiàn)做如下分析。

相對于NPSH 基準面的入口絕對總水頭H1可通過下式得到：

式中：Z1為要研究的點相對于NPSH基準面的高度；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算公式。

2 汽蝕余量NPSH影響因素分析

汽蝕試驗一般是采取保持流量恒定，改變進口壓力，從而改變揚程的方法進行。下面對式（4）進行分析。

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，在試驗過程中可視為不變，則pb/ρg也不變。Z1為要研究的點相對于NPSH 基準面的高度，管路固定后，試驗過程中，Z1值在試驗過程中也不發(fā)生變化。pv為試驗溫度下，液體的汽化壓力值，與溫度有關，一般情況下，認定試驗過程中介質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，可通過改變進口壓力p1的大小來改變NPSH值，從而找到揚程下降3%時的NPSH值[3]。

3 泵的汽蝕試驗方法

在保持流量恒定的條件下，可通過改變入口測量截面處的壓力值來改變NPSH值[4]。改變入口測量截面處的壓力值可通過以下3種方法實現(xiàn)。

3.1 降低水位法

泵的試驗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現(xiàn)[5]。該方法在開式試驗系統(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至液面的高度。

如果入口管路插入儲水池中，汽蝕試驗過程中，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。由于閉式試驗系統(tǒng)試驗條件的限制，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現(xiàn)?？赏ㄟ^在汽蝕罐上端抽真空的方法達到降低汽蝕罐液面上空氣體壓力，從而達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，這樣導致吸入管路中的液體中氣體含量的改變，從而導致測量精度的下降。

圖2 汽蝕罐

3.3 調節(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節(jié)入口閥門開度法，如圖3所示。該方法在開式試驗系統(tǒng)中使用最多，具有操作簡單、方便的優(yōu)點。在試驗過程中，始終保持泵的流量恒定。調節(jié)入口閥門開度，由于泵入口管路上的閥門開度變小，從而流經閥門的流速變大，流速變大導致閥門處的阻力變大，進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。

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

圖3 調節(jié)入口閥門開度法

3.3 3種方法比較

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

（3）從測試系統(tǒng)造價來看，抽空氣法用在閉式試驗系統(tǒng)中，和其他兩種試驗測試系統(tǒng)相比造價是最高的。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液體的浪費。

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

4 結束語

本文中討論的3 種汽蝕試驗方法是最常用的汽蝕試驗方法。在實際應用過程中，要根據(jù)被測試泵的參數(shù)，選擇合適的試驗管路系統(tǒng)，運用對應的汽蝕試驗測試方法進行試驗。閉式試驗臺雖然精度高，但是造價也高，只有汽蝕余量很小的泵的試驗才使用。開式試驗臺中的降低水位法雖然精度高，但是實現(xiàn)比較麻煩，會造成資源浪費；調節(jié)入口閥門開度法是汽蝕試驗最常用的一種方法，只要NPSH≥5 m，都可使用。汽蝕試驗的3種汽蝕試驗方法，對實際汽蝕試驗過程有一定的現(xiàn)實指導意義。