水泵汽蚀、汽蚀余量、气囊危害-机理分解，处置措施！

石峥嵘：了解离心式水泵的汽蚀机理，掌握必需汽蚀余量和有效汽蚀余量等概念，有利水泵设计及应用，有利于防范汽蚀、气囊危害，具重要意义！

本文要点：

1 水泵的汽蚀机理

2 离心泵及原理

3 汽蚀形成及危害

4 汽蚀危害与气囊危害的区别

5 “汽蚀”与“气蚀”

6 必需汽蚀余量、有效汽蚀余量

一、饱和蒸汽压：

饱和蒸汽压是指蒸汽与液体保持动态平衡时的压强，由液体物质本身性质决定，饱和蒸汽压随温度升高而增大。

二、沸腾、沸点：

1、沸腾是液体内部和表面同时发生剧烈汽化的现象，当液体的饱和蒸汽压与外界压强相等时，产生沸腾。

当外界压强大于液体饱和蒸汽压时，通常仅在液体表面发生汽化（图示1左），当液体饱和蒸汽压与外界压强相等时，液体的内部和外部可同时发生汽化，开始沸腾（图示1右）。

注：敞开容器中的沸腾液体，蒸汽带走大量热量，温度不再升高。

2、在一定压强下，液体沸腾时的温度称为沸点，当液体所受的压强增大时，沸点升高，压强减小时，沸点降低。

三、水的沸腾、沸点：

水的饱和蒸汽压随温度升高而增大，部分水温下的饱和蒸汽压如下（表1）：

注：数据源自网络，仅供参考！

处于空气中的水，外界压强为大气压，当水的饱和蒸汽压与大气压相等时，水产生沸腾。通常，以下两种方式可使水沸腾：

1、加热，可使水沸腾：

水加热时，温度升高，饱和蒸汽压增大。由表1可知，当温度为100℃时，水的饱和蒸汽压达到101.33kPa（10.33m水柱），与标准大气压相当，发生沸腾（图示1右），也就是说，水在标准大气压下的沸点为100℃。

2、降低外部压强，可使水沸腾：

同理，降低外部压强，也可以使水沸腾，可以认为，当外部压强与表1右侧的某个饱和蒸汽压值相等时，表1左侧对应温度为该压强下的沸点，比如，当外部压强为0.238m水柱时，对应水的沸点为20℃，常温下的水就沸腾了。

示例：大气压与海拨高度相关，标准大气压是指海拨高度为0时的大气压，水在标准大气压下的沸点为100℃。海拨高度越高，大气压力越低，水的沸点也同步降低。比如，在海拨高度为6000m的高山或高原环境中，其大气压强仅为47.2kPa，这个压强大约与80℃水的饱和蒸汽压相当，水的沸点约80℃，仅需将水加热到80℃就沸腾了。

当然，也可以通过抽空密闭容器的办法让水沸腾，比如，放置于密闭容器中的常温水（20℃），当密闭容器压强抽空至0.238m水柱时，水就沸腾了，20℃是水在这个压强下的沸点。注意，水泵汽蚀的根本原因在此：水在泵体内处于密封状态，类似于密闭容器中的水，在图示2中，取水高度(h)越高，泵体内的水压越低，由表1可知，当泵体内的水压达到0.4m水柱时，沸点温度降至30℃以下，沸腾的水产生大量蒸汽，并发汽蚀危害。

注1：除非特别指定，本文所述的大气压，均为标准大气压，是在标准大气条件下海平面的气压，其值为101.325kPa。

注2：除非特别指定，本文所述的压强，均为绝对压强，是以毫无一点气体存在的绝对真空为零点起计算的压强。

一、离心泵的定义：

离心泵是依靠叶轮高速旋转时产生的离心力把能量传递给液体，叶轮出口液流方向基本与泵轴垂直的回转动力式泵。

二、离心泵原理：

（图示3）

三、扬程的概念：

离心泵的叶轮带动水高速旋转，以离心力的方式把能量传递给水，水获得能量，出口总水头大于入口总水头，两者代数差即为扬程（m）。

第三章 “汽蚀”的形成及危害

离心泵工作时，在转轴附近（D点）形成低压区，同时在叶轮末端(E点）和导流壳体区域形成高压区，由图示2可知，泵体内的压强随h的增加而降低，当泵体内低压区的压强达到水的饱和蒸汽压时，水会发生沸腾，产生无数蒸汽气泡，气泡进入叶轮末端（E点）及导流壳体区域时，压力剧增（远大于饱和蒸汽压），气泡瞬间溃灭，水质点高速填充气泡空间，产生频率和压力极高的水击，对叶轮和导流壳体造成损坏，并伴随噪声和水流工况失衡，这种现象就称为汽蚀，危害较大。（图示3、图示4）

一、“汽蚀”危害与“气囊”危害，是容易混淆的概念。

水泵运转时，吸水管路的水压降低，溶解在水中的气体可能释放出来，当吸水管路存在倒坡或局部升高时，即可形成气囊。气囊累积后可能以较大气团（气泡）的形式进入泵体，影响水泵流量扬程性能，并产生震动及叶轮损坏等类似汽蚀损害。

由本文可知，管路“气囊”的危害类似于“汽蚀”，但仍有别汽蚀，参专题：

水泵吸水管路-气囊危害，防范措施！

二、“汽蚀”与“气蚀”的区别：

汽蚀和气蚀，人们往往混用，但仍有区别。

对于离心水泵式水泵，宜以“汽蚀”为好，《离心泵名词术语》GB/T7021及相关标准也是采用“汽蚀”，比如本文所述的汽蚀危害、汽蚀余量等等。

但对于水泵吸水管路的气囊危害，气囊中的气体成分主要是普通空气，可能用气蚀更好。

第五章 必需汽蚀余量、有效汽蚀余量

一、汽蚀余量（NPSH）：

汽蚀余量可以理解为某点的总水头与汽化压力水头（饱和蒸汽压）的差值，当水处于静止时，可以理解为水压强与饱和蒸汽压的差值，这个差值应为正，否则就会发生沸腾。

水泵汽蚀余量的规范定义：汽蚀余量是评价水泵汽蚀性能的重要参数，是指在水泵进口断面，绝对总水头与汽化压力水头的差，也可以理解为单位重量液体具有的超过汽化压力的富余能量，汽蚀余量的单位为米。

二、必需汽蚀余量（NPSHR）

1、从水泵原理可知，从水泵进口断面至转轴附近（D点），会有一个压降过程，这个压降由水泵性能结构确定，与外部条件无关，要使泵体内的低压区（D点）不发生沸腾，水泵进口断面必须保证足够的汽蚀余量，这个汽蚀余量扣除压降后，还可以保证D点的汽蚀余量为正，也就是说，保证D点压强不会降至汽化压力水头（饱和蒸汽压）。

可以这样认为，在保证泵体内部不发生沸腾的条件下，水泵进口断面的最低汽蚀余量，就是水泵要求的必需汽蚀余量。

2、必需汽蚀余量的规范定义：

必需汽蚀余量是在规定的流量、转速和输送液体的条件下，泵达到规定性能的最小汽蚀余量，是保证水泵内部不发生汽蚀所必须具有的汽蚀余量。注：发生汽蚀的特征包括：出现可见汽蚀、汽蚀引起的噪声和振动的增大、扬程或效率开始下降、给定降幅的扬程或效率、汽蚀侵蚀限度，等等。

3、水泵进口断面至D点的压力降由水泵性能结构确定，是决定最小汽蚀余量的关键要素，通常由泵厂以20℃清水在泵的额定流量下测定，根据规范要求，水泵铭牌应标注水泵进口断面的必需汽蚀余量。

根据必需汽蚀余量、最高工作环境温度下水的饱和蒸汽压，结合管路损失等参数，就可以计算出水泵的最大取水高度。

三、有效汽蚀余量（NPSHA）

有效汽蚀余量是由进水装置条件确定的、规定流量下可获得的（可利用的）汽蚀余量，有效汽蚀余量不应小于必需汽蚀余量。

有效汽蚀余量是进水装置提供给水泵进口断面的汽蚀余量，对于消防水泵，是消防水池通过吸水管路提供给水泵进口断面的汽蚀余量。

消防水泵采用自灌式吸水，很明显，有效汽蚀余量可完全保证必需汽蚀余量要求，通常无需校核。

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