绝对压力NPSHa(又称有效汽蚀余量)。等式右边为NPSHr称泵汽蚀余量(又称必需汽蚀余量),其中后3项影响较小±要考虑前两项。它也是判别泵是否汽蚀的判别式。
装置汽蚀余量NPSHa是由吸入装置提供的,在泵进口处单位重量液体具有的超过工作温度下液体汽化压力的富裕能量,它仅与泵进口的参数有关。一旦泵的吸入装置条件确定,汽蚀界限| NPSHa和NPSHr随流量变化的关系曲线汽蚀试验是一项既重要又有一定难度的试验项目的汽蚀余量对于水泵设计、实验和使用都是十分重要的基本参数。目前在汽蚀试验中,有很多因素影响着泵汽蚀余量的准确测量,有试验方法本身的原因,也有判别法和泵试验转速换算等的影响,这在水泵行业中还没有得到很好解决。下面就这些问题进行研讨。
1泵的汽蚀余量泵内的压力*低点通常发生在叶轮背面入口稍后K处(见),所以汽蚀的部位是从叶轮入口附近开始或是在液流高速的地方。流动液体在一定温度下骂压力下降至低于该温度下的汽化压力时,液体便产生汽泡,汽泡中有气体或蒸气,很快膨胀、扩大并随液体行至压力较高处,又迅速凝、溃灭。我们把这种现象称为泵汽蚀。汽蚀发生时,汽泡“堵塞”流道影响泵的运转特性。汽泡溃灭时,液体质点相互冲击,引起机组振动和声。这一过程涉及许多物理化学现象,甚至对流道材料产生侵蚀作用。因此,汽独对水力机械的正常运转威胁很大。
泵汽蚀发生时有汽蚀基本方程式口测点;W――液体的相对速度;U――液体的周速度;在汽蚀瞻界状态时,等式左边为装置汽蚀余量应用技术研究影响泵汽蚀余量测量的有关问题探付裴毅(湖南农大工程技术学院长沙水录临界汽蚀余量的问题。
NPSHa就中随流量增加减少。
泵的汽蚀余量NPsm表示了泵进口到叶片背面*低压力点之间液体流动过程中的压力降,也就是为保证泵不发生汽蚀,在泵进口处单位重量液体所必需具有的超过工作温度下液体汽化压力的富裕能量即要求装置提供的*小装置汽蚀余量。由汽蚀方程的右边前两项可知NPSHr与泵内的流动情况有关,是由泵本身决定的,它与装置参数无关,仅与泵进口部分的运动参数有关。泵的NPSHi越小廉示泵进口的压力降小其装置提供的NPSHa就可以小周而泵的抗汽蚀性能就越好。因Vo和Wo随着流量的增加而增大,所以NPSHr与流量Q的关系曲线是上升的曲线(见)。只有在瞻界状态时,才有NPSHa=NPSHr成立。
泵在运行时是否发生汽蚀是由外部条件即吸入装置和泵本身特性等因素共同决定的。当NPSHa大于NPSHr时不会发生汽蚀。设计水泵时,根据对泵汽蚀性能的要求设计,依据给定的使用条件,设计泵的汽蚀余量NPSm,使其必须小于按使用条件确定的装置汽蚀余量NPSHa.另外用户也要依据给定的泵汽蚀余量NPSm确定泵的使用安装条件。而水泵的汽蚀试验正是验证NPSHr确定NPSHr的睢一可靠的方法。一方面可以验证泵是否达到设计要求,另一方面加上一个安全余量,得到许用汽蚀余量WPSH,作为用户确定几何安装高度的依据。
2汽蚀试验方法因为在瞻界状态下,泵开始发生汽蚀时,有NPSHa=NPSHr成立,汽蚀试验就是通过改变泵吸入装置条件,通过装置汽蚀余量NPSHa间接地求得泵的汽蚀余量NPsm.水泵试验系统有开式和闭式回路系统。开式回路系统是由水池吸水,再回到水池里其散热性能好,系统也较简单,投资较少,因此被广泛采用。水泵汽蚀试验又可分为原型泵汽蚀试验和模型泵汽蚀试验。原型泵汽蚀试验时,重点在于通过采用减小NPSHa的方法来验证泵的汽蚀特性。而模型泵汽蚀试验的重点在于准确地测定泵的汽蚀性能,常采用在闭式回路系统中抽真空来促使泵发生汽独方法。GB32.16-1989德心录、混流栗、轴流录和旋涡泵试验方法》中指定了3种汽蚀试验方法:该方法的*大优点是作简单,系统也简单,不需复杂的试验装置和设音,投资较小,适合企此生产试验采用,是开式回路系统进行汽蚀试验的主要方应用技术研究法。但是进水管路上的苷流阀,会影响进口水流的速度分布和压力分布,会对泵进口水流产生不同程度的干扰,使得试验结果趋于保守脾低试验精度。
该方法的优点就是能很好地模拟泵实际运行条件,特别是由于进水池水位的涨落变化而引起的泵汽蚀的发生,可得到HNPSHr汽蚀特性曲线。这种方法的*大缺点是,试验周期较长,进水池水位不易随意调苷汽蚀的瞻界点不好定义篇度也较低。
该方法主要是在闭式回路系统中,通过调苷汽蚀筒的液面高度来更好地模拟泵的几何吸上高度,利用真空抽取设音调苷装置吸水液面上的压力廉改变装置的汽蚀余量,使水泵入口压力下降发生汽蚀。易实现数据采集自动化和实时处理,计算机辅助测试和辅助绘图也缩短了试验周期,提高了试验精度。但闭式回路系统较复杂,要求较高相应的试验装置费用也较高,需要较大的投资和场地,需要解决的技术问题也较多。因此这种方法更适合科研实验室内的科学试验,更适合于模型泵的模型试验。
3影响汽蚀余量测定的问题讨论用增加吸入管阻力法进行汽蚀试验时,当泵汽蚀余量较小时进口苷流阀关闭到一定程度时,介质通过阀的速度增大,由此产生的动能急剧增大,压力降也急剧增大,在泵还没有达到瞻界汽蚀状态时,阀门压力已低于当时温度下的汽化压力,先于泵发生局部汽蚀,产生大量汽泡在吸入管路的低压区不易消失,随介质流入泵,这样就不能实际反映泵的汽蚀性能,致使汽蚀试验误差较大。
在闭式回路系统中,由于闭式回路系统的循环水是封闭的,泵扬程全部用于循环流体克服沿程损失,损失又通过各种粘性摩擦转化成热能,并被金属与流体吸收,使循环流体温度逐渐升高其汽化压力也随之升高,同时流体密度也改变,这样就会影响汽蚀试验的精度。要克服系统温升过快就必须增大系统的容积,即增大汽蚀筒的容积。另外,如果汽蚀筒内的液面高度与泵中心高度差太大,即泵入口的倒灌水头太大时,对汽蚀余量较低泵的汽蚀试验也难以完成。
以前老标准按断裂特性扬程下降1%来确定瞻界汽蚀余量NPSHc值,即判定瞻界汽蚀余量主要考应用技术研究虑是扬程发生断裂的那一点以及扬程的下降,未考虑泵效率在汽蚀试验中的变化,从表面上看这样判别比较直观,似乎是以汽蚀发生点作为判别点,但它忽视了试验装置对试验的影响,如泵进口管路的进气澈可能使泵的扬程曲线在试验过程中逐步降低,对瞻界汽蚀的判断是不利的。GB3216标准中规定瞻界汽蚀余量NPSHc值是在给定的流量下或者在给定的扬程下,在**级内引起**级扬程或效率下降(2+K/2)%时的NPSH值。由此可见现在标准中瞻界汽蚀余量的判定是兼顾了扬程和效率两个方面的考虑,它有别于以前老标准确定NPSHc值的方法。
在汽蚀试验开始时,性能变化不太明显,故汽蚀试验常以水泵首级扬程下降为汽蚀试验初扬程的(2+K/ 2)%时,作为瞻界汽蚀余量NPSHc判定标准。即:汽蚀发生前的瞻界扬程为Ho-AH.现行判标准看起来解决了老标准的不足,它通过进出口阀门同时调苷,使泵发生汽蚀前的扬程保持在AH的范围内,但在试验中经常发现这样判别容易咄成一些假象。有些泵的汽蚀性能曲线就有可能是扬程随NPSH的减小而减小的,特别是高比速的泵,这样按AH判就会使瞻界汽蚀余量判定偏大。
扬程测量产生误差为±H'时测判定泵汽蚀发生的扬程下降为:扬程为tr二在HNPSHa曲线上,以泵首级初扬程和扬程降AH'作为判定发生汽蚀的标准测求得的NPSHc,将比NPSHc偏大或偏小叨)。
如果在汽蚀试验中不能合理布置试验点数,特别是汽蚀发生前没有一定的试验点澈无法找到H-NPSH曲线拐点,即汽蚀发生点,这样作出的H-NPSH曲线扬程下降的斜率会减小,求得的NPSHc值随扬程曲线下降斜率的减小而增大0)。
(3)汽蚀试验转速换算问题由于试验容量或其他条件的限制,一些泵的性能试验不得不采用降速试验。GB3216标准中规定对汽蚀试验转速与规定转速相差在±20%内,可在实际试验过程中,由于转速变化的影响,使泵降速试验得到瞻界汽蚀余量得不准确,还有一些汽蚀余量较低的泵的试验无法完成。根据汽蚀余量的换算公式:NPSHco NPSHco――泵规定转速下的瞻界汽蚀余量NPSHc――泵试验转速下的瞻界汽蚀余量降速20%进行汽蚀试验时《n/rgO;这样试验转速的瞻界汽蚀余量NPSHc=a64NPSHc.若泵规定转速下的瞻界汽蚀余量NPSHco较低时,试验转速下的瞻界汽蚀余量NPSHc就会更低,笔者曾做过一高汽蚀性能水泵的试验,泵瞻界汽蚀余量值为0.89m,若采用降速20%进行汽蚀试验,试验转速下的NPSHc就应为0.57m,这样低汽蚀余量的试验在一般的实验室里通过一般的设音很难准确地完成。
4分析以上问题目前在泵行业还没有很好的解决方法,因此,瞻界汽蚀余量的判断还存在着一定的误差,对不同的试验台上影响也不一样,进行比较差别也会较大。笔者分析认为汽蚀试验是一项既重要又有一定难度的试验项目,在试验中需要认真对待,处理好每一个环苷。对NPSH较低的泵应在闭式台进行试验,且尽可能按规定转速试验。同时还需进一步对水力机械的汽蚀机理进行分析研究,同时发展测试技术用光学、声学等先进的仪器设音,更准确地测得NPSHc,为科研、生产、使用服努。口