从汽蚀原理说起
KSB 将汽蚀(cavitation)定义为流体流动中空腔(例如蒸汽泡)的形成和突然溃灭。它区分了蒸汽汽蚀和气体汽蚀。蒸汽汽蚀在流体中的静压降到低于与流体温度对应的蒸汽压力时产生,KSB 补充说,这在没有外部热量供应的情况下发生,并且微小的汽核,通常是微观蒸汽泡,也是前提条件。在气体汽蚀中,气泡的形成是因为压力降到这些气体的饱和压力以下时,溶解的气体从溶液中析出。由于该饱和压力往往高于蒸汽压力,气体汽蚀可以在高于蒸汽压力的压力下发生。
KSB 解释说,流体流经叶轮时,静压相对于叶轮上游的压力会下降,尤其是在叶片流道的入口处。这一降幅有多大,取决于转速、流体的密度和粘度、叶轮的进口几何形状、工作点以及来流的速度分布。其中若干因素属于泵本身及其运行状态,因此 NPSH 比较中泵这一侧的数值不能仅凭装置读出。
需要比较的两个量
KSB 指出,评估汽蚀的可能性、程度和影响,需要比较两个值:泵所需的 NPSH,即 NPSHR,以及系统中可用的 NPSH,即 NPSHA。它们不是同一个数的两个名称。NPSHA 描述的是装置所提供的量,以吸入口中心为基准,KSB 的页面以公式给出了该定义,并指出其中的水头损失包括进口损失以及阀门和管件上的压降。对于没有常规吸入口的泵,例如焊入式管道泵或带有喇叭口的潜水泵,必须明确并说明基准点的位置。
NPSHR 是比较中属于泵的一侧。KSB 规定,对于给定的泵和应用,其定义式之和不得低于某一最小值,如果不满足这一条件,就不能排除汽蚀。关键在于,NPSHR 的数值只有与其汽蚀判据一同给出才有意义。KSB 列出了几种判据:汽蚀初生(NPSHi)、叶片上汽蚀区达到一定范围、扬程开始下降(NPSH0),以及由汽蚀引起的 3% 扬程下降(NPSH3)。证明 NPSHi 需要要求很高且费用昂贵的试验,因此通常约定将 NPSHR 取为 NPSH3。
最后一点值得留意。NPSH3 是一个明确定义的扬程下降判据,即扬程下降 3%,该数值并不是低于它就没有汽蚀的阈值。KSB 自己的判据列表表明,气泡可能出现得更早(NPSHi)。KSB 还指出这些数值随工作点而变化,因此一个数字适用于某一说明的工况,而不适用于泵的一般情况。
为何讨论中需要温度
KSB 指出,蒸汽压力与温度之间存在关系,因此当液体温度变化时,同样的吸入压力与蒸汽压力之间的距离也不同。KSB 表示,为避免汽蚀,或将其限制在可接受的程度,叶轮上游的压力必须比蒸汽压力高出一个规定的最小裕量。这些页面并未给出一个对所有液体和泵都适用的裕量,该裕量与泵、应用以及所选的汽蚀判据相关。
NPSHR 主要是通过试验确定的。KSB 特别指出,在不同转速、相似泵规格或不同流体之间换算时,试验很重要。因此,来自不同试验条件的数值不应被默默地当作某一装置特有的要求。
明确说明的局限
本文解释的是需要比较什么。它不计算任何装置的可用 NPSH,也不规定允许的工作点。KSB 确实将噪声增大、运转粗糙以及扬程和效率下降等现象描述为汽蚀正在发生的迹象,但也指出并非每一次汽蚀运行都会造成材料损伤。因此,这些资料不支持仅凭一次噪声或振动观察就诊断汽蚀。需要泵的数据、液体工况以及经批准的工程评估。在记录或讨论结果时,应将 NPSHA 和 NPSHR 作为各自独立的量来书写,并注明 NPSHR 所采用的判据。