在BETVICTOR体育官网泵和系统2007年1月，我写了一篇关于空化的文章，以及一个坍塌的水蒸气泡是如何损坏叶轮的。从那时起，我收到了许多关于净正吸头(NPSH)及其与空化的关系的请求。这是一个非常简单的泵教育101的视角。
煮沸的过程并不像看上去那么简单。我们倾向于认为这一切都与温度有关，经常忘记压力在这个过程中也起着同样的作用。水的沸点与它的温度和作用在它表面的压力成正比。当压力降低时，启动沸腾所需的温度也会降低。
空化的发生也遵循这一规律。当水——在一定的环境温度下——穿过一个低压区域时，它会发生从液体到蒸汽的状态变化(沸腾)。当它进入一个更高压力的区域时，它会回到液体状态(空化)。在这个过程中形成和破裂的气泡是水蒸气，而不是空气。虽然溶解或夹带的空气会影响泵的性能，但它产生的气泡与沸腾产生的气泡完全不同。
沸点与温度和压力成正比，这就是为什么空化是一个持续存在的问题。简单地说，水几乎可以在任何温度下沸腾。在海平面，大气压力约为14.7 psi(34英尺)，需要212华氏度，当海拔上升到6000英尺时，由于相应的大气压力下降到11.7 psi(27英尺)，它就会下降到200华氏度左右。如果我们引入真空，继续将压力降低到0.2英尺左右，它就会在冰点沸腾。那又怎样?我们通常不会在真空中使用泵，即使在珠穆朗玛峰的顶部，我们仍然有将近5.2 psi(12英尺)的大气压力!
事实证明，所有的离心泵都会产生部分真空。BETVICTOR体育官网如果他们不这样做，他们将无法从较低的水位抽水。正常运行时，叶轮叶片入口附近出现最低压力区域，如果该区域的压力下降到1英尺左右，水就会在75华氏度沸腾!为了使水泵无空化运行，进入该区域的水需要额外的压力能量。我们通常将此要求称为NPSHR，或所需的净正吸头。压力能量从何而来?它是几种不同形式的能量的组合，在不同的水平上，存在于泵系统的吸力侧。我们把这种可用的压力能量称为NPSHA，或可用的NPSH。
可用净正吸头(NPSHA)
离心泵的净正吸入扬程综合考虑了大气压力、水温、供气高度和吸入管道动态的影响。下面的方程说明了这种关系。所有的数值都以英尺的水为单位，这些分量的总和表示泵吸入处可用的总压力。
NPSHA = Ha +/- Hz - Hf + Hv - Hvp
地点:
哈是大气压还是绝对压力
赫兹从水面到水泵中心线的垂直距离是多少
高频是否在吸入管道中形成摩擦
高压速度头是否在泵的吸入处
Hvp水在环境温度下的蒸汽压是多少
哈是施加在供水表面的大气压力或绝对压力。大气压力是由于地球大气密度在某一海拔高度产生的压力。它在海平面(密度最大的地方)形成最大压力(14.7 psi)，在其上边界接近于零。我们很少考虑这个压力，因为在盒子外或工作台上，典型的压力表读数为0-psi。这些压力表被校准到我们所谓的“压力表”刻度(PSIG)，完全忽略了大气压力。校准到“绝对”刻度(PSIA)的仪表包括大气压力，海平面读数为14.7 psi。下图比较了这两种压力量表。在绝对尺度上，0-psi相当于完美的真空，但在仪表尺度上，它相当于大气压力。
如果水源是一个水库或一个开放的(或通风的)水箱，Ha就是测量到的大气压力。如果供应是一个封闭的，没有通风的容器，它就有了另一个维度。在这种情况下，Ha成为绝对压力或测量的大气压力加上或减去罐中空气的实际压力表压力的总和。
Hz考虑了水源因海拔升高而产生的正压或负压。如果它在泵的上方，Hz是一个正数，如果它在泵的下方，Hz是负数。Hf是由于在吸入管道中流动而产生的摩擦，总是一个负数。它是管道长度和直径加上它所包含的配件和阀门的函数。
Hv和Hvp对我们中的一些人来说可能不太熟悉。Hv，或速度头，是一团水以某个速度v运动的动能。它等价于水为了达到这个速度而下落的距离。它可以通过从速度表中确定吸入管道中的速度，并将该值替换为公式“h = V”中的V来计算2/2g”(其中g是万有引力常数，32英尺/秒2)．它通常很小——速度为7帧/秒，Hv只有0.765英尺——如果Ha和Hz足够大，通常会被忽略。
Hvp表示在一定环境温度下使水保持液态所需的压力，由蒸汽压表得到。在50华氏度时，只需要0.41英尺，但在160华氏度时，这一要求增加到11.2英尺。由于这个压力必须为其指定的目的保留，Hvp总是一个负数。
乍一看，NPSHA的方程看起来相当静态，但实际上它是相当动态的。所有的变量都可以处于连续的变化状态。速度头和吸力线摩擦随流量的变化而变化。同样，大气压力也会随着天气条件的不同而变化几英尺。供水海拔和温度随季节变化。在计算NPSHA时，通常使用每个组件的“最坏情况”值。
所需净正吸水头(NPSHR)
如前所述，NPSHR是确保泵正常运行所必需的吸入压力。它纯粹是泵设计的一个函数，虽然可以计算，但通过实际测试才能更准确地确定。为什么泵需要一个正吸头?很简单，不可能设计出一种离心泵，在吸入入口和其最小压力点之间完全没有压降，而最小压力点通常发生在叶轮叶片的入口。因此，所有的泵系统都必须保持一个足以克服这种压降的正吸入压力。如果压力不够，一些水会改变状态(液体变成蒸汽)，并开始空化。与NPSHA一样，NPSHR也是一个动态量，随着泵流量的增加而显著增加。
你可能会认为，由泵制造商测量的NPSHR是防止汽蚀所需的吸入压力。这曾经是定义，但目前定义为特定泵的水力性能下降3%的吸入压力。这引起了一些担忧，因为这种退化实际上是由于空化，在3%的水平上，它有可能具有破坏性。液压学会的标准规定，泵制造商的NPSHR曲线上的每个点都必须反映这3%的值。有传言说，NPSHR最终将被改为NPSH3，这更准确地描述了它的真实含义。
根据泵的设计，HI建议NPSHA / NPSHR余量为1.1 - 2.5。一些水泵专家甚至建议更多。与您的泵制造商检查其特定的利润率要求是一个好主意，因为它涉及到特定的泵型号及其应用。
一个新的术语，NPSHI(初始)，最近被发展来定义将抑制所有空化所需的吸入压力。发生在NPSHI和发生损伤的点之间的空化被称为初期的空化．在正常的泵送应用中，这种形式的空化造成的损害很小。对于由于3%的性能下降而发生的空化是否应该被视为初期空化，存在一些持续的争论。
BETVICTOR体育官网泵和系统2008年5月