以水泵生产商的角度，全方位回望离心泵汽蚀所产生的原理、造成离心泵汽蚀的重要原因及汽蚀的辨别、汽蚀对离心泵的影响，列出了不一样规范、不一样国际性同行业对离心泵汽蚀安全性裕量的相关规定，最后给出了改进离心泵汽蚀的一些具体办法。

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汽蚀是离心泵的疑难问题，也会引起泵机械振动噪声的提高、特性的降低、导致泵零部件的严重受损。仅有全方位、准确地了解离心泵的汽蚀特性，才可以科学规范地制定或挑选出满足客户设备标准的商品。www.haoxiuli.net/fw/

泵运行环节中，当地泵液态流通过流零部件的一些部分地区因某种原因、液体绝压降到地泵条件下液体饱和蒸汽压力（气化工作压力）时，液态便在这里产生气化，造成蒸气、产生气泡；与此同时，分解于液态里的汽体都会以气泡的方式进行析出，在部分地区产生气固两相流。

当气泡移到高压区时，气泡四周的髙压液态将会导致气泡快速凝固变小、裂开。在气泡凝固变小、裂开的一瞬间，气泡周边的物质将快速添充（气泡凝固裂开所形成的）空化，产生一定的震波。当气泡裂开产生在出流零部件的固态边界层时，将对固态边界层产生快速微水射流，造成部分遭到浸蚀毁坏。这类造成气泡和汽泡裂开使过电流构件受到破坏的本质就是离心泵汽蚀全过程。

造成离心泵汽蚀的重要原因有四种：

（1）气化汽蚀（Vaporization cavitation）

（2）内部结构逆流汽蚀

（Internal recirculation cavitation - Suction specific speed）

（3）叶子过流道综合征汽蚀

（Vane passing syndrome cavitation）

（4）流场汽蚀

（Flow turbulence cavitation）

1.1   气化汽蚀

当液体压力小于其气化工作压力或是温度过高时，液态就会产生气化，造成汽蚀。这类汽蚀出现于离心泵吸进侧。

1.2   内部结构逆流汽蚀

当地泵总流量过小或进口工作压力过高时，也会发生逆流状况。当地泵总流量太钟头，内部结构逆流出现于离心叶轮的通道；当泵进口工作压力过高时，内部结构逆流出现于离心叶轮出入口。内部结构逆流导致液体流速的提高直到气化造成气泡，随后在附近比较高压力之下裂开。当吸进口产生内部结构逆流时，在离心泵吸进口周边会产生不规则噼里啪啦噪音，还伴有高强度暴震声。

1.3   叶子过流道综合征汽蚀

这类汽蚀毁坏主要是因为扩压器（针对扩压器式泵）或蜗舌（针对涡壳式泵）与叶轮叶片直径之间的缝隙过小而引起的。当液态流过该小安全通道时，液体流动速度提升造成液体压力的降低、部分气化，造成气泡，之后在比较高压力之下裂开，造成汽蚀。这类汽蚀一般出现于扩压器或蜗舌的外侧及叶轮叶片核心。

1.4 流场汽蚀

若有某些东西影响或阻拦（如浸蚀、阻塞、孔径基因突变等）液态在泵中正常的流动性时，也会发生流场更改液体流动速度，液体流速的变化也会引起压力更改，压力更改最终都会造成液体气化、汽蚀。这类汽蚀一般产生在和泵相连的管道内。

2.1   汽蚀容量NPSH（net positive suction head，净正吸进拉力）

ANSI/API610第11版规范[1]界定如下所示：

NPSH为从基准点算起泵肯定吸进总拉力减掉液体气化工作压力。

2.2   设备汽蚀容量NPSHA（net positive suction head available）

设备汽蚀容量又被称为合理汽蚀容量、高效的净正吸进拉力，是和离心泵电脑操作系统相关参数值，相当于液态抵达离心泵通道后的拉力减掉气化工作压力头后液体剩余压力头。

2.3   必不可少汽蚀容量NPSHR（net positive suction head required）

务必汽蚀容量又被称为必不可少的净正吸进拉力，它是和泵自身的总体设计相关参数值。当液态从离心泵通道进到离心叶轮通道时，在叶轮叶片离心式的作用下，速率提升、工作压力降低。

务必汽蚀容量是泵吸通道所必须的具体的正压力头，其通常是摆脱泵里的工作压力降低并维持液体压力在气化工作压力以上。必不可少汽蚀容量有三种：

NPSH3：将水泵扬程（第一级离心叶轮）降低3%做为汽蚀的辨别点，ANSI/HI9.6.1、ISO9906、ANSI/API610等标准所推荐，且被全世界泵领域普遍接纳。精确测量非常容易，都比较靠谱。广泛运用于各种各样离心泵。

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NPSH0：将水泵扬程马上开始快速下降、但降低为0%做为汽蚀的辨别点，界定非常容易，但精确测量较艰难。主要用于混流泵和混流泵。

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NPSHi（即NPSH incipient汽蚀新生）：将第一只气泡出现时做为汽蚀的辨别点，较NPSH3和NPSH0更加严格。界定非常容易，但所需要的测试技术繁杂、成本费很高。主要用于离心叶轮通道流动速度相对较高的高吸进动能泵。

2.4   汽蚀实验用介质要求

ANSI/API610第11版标准：卖家需要在数据分析表上要求出泵在设计流量和最高转速下运输水后（水的温度小于55℃）的必不可少汽蚀容量（NPSH3）。对水之外的液态（比如氮化合物）的汽蚀容量不可以选用减少指数或汽蚀容量调整系数。

ISO 9906[2]和GB/T3216规范[3]所规定的实验使用的物质为小于40℃的“清理凉水”。

为何世界各国规范里都需要提供清理凉水（而非计算到具体地泵液态）的必不可少汽蚀余数值？

在同样转速比平台流量下，无论是哪种液态通过泵通道后的气体压力都同样，可是气化水平却不一样，由于液体气化与热学有一定关系。其中一个因素是针对汽蚀后产生蒸气越多液态，汽蚀发展趋势越比较严重。

与清理凉水对比，其他液态（如开水、油、氮化合物等）在同样装置汽蚀容量下，气化水平要低，且不很容易发生气化。等同于泵规定装置所提供的NPSHA小，其实就是离心泵必不可少汽蚀容量与常温下冷水条件下对比要低[4]，那样对泵安全系数高。

2.5   离心泵流动速度和压力之间的关系

流体流速提升，工作压力将降低；相反，流体流速减少，工作压力将会增加。

以飞机机翼为例子[5]，请看图1。气体在飞机翼下以一定速度流动性，而飞机翼上方气体有比较长的行驶途径，假如他们要参与到飞机翼下方空气中，则需提升流动速度。

图1- 飞机翼左右空气对流平面图

飞机翼下方气体为大气压强，但由于飞机翼上方空气对流速度比较高，其负担将下降至小于大气压强，这就导致大气压强推动飞机翼底部，并提高它，使飞机场及飞机内乘客起飞。空气对流这般，液态流动性亦是如此。

（1） 以在稳定总流量中的模型模拟来辨别泵到用户当场会不会产生汽蚀。因此，以相对稳定的总流量逐渐减少吸进水泵扬程，随后用迅速监控摄像头观查离心叶轮入口气泡的产生、发展状况。针对NPSH3，将出入口水泵扬程降低3%做为汽蚀的判断重要依据；针对NPSH0，将水泵扬程马上开始快速下降、但降低为0%做为汽蚀的判断重要依据；针对NPSHi，将第一只气泡出现时做为汽蚀的判断重要依据。

（2） 针对系统内后台运行的泵，假如听见泵内产生不规则噼里啪啦噪音、并伴随震动提升及泵特性的降低，表明出现了内部结构逆流汽蚀。

针对NPSHA - NPSHR之误差（即NPSH margin，称之为安全性裕量），安全性裕量大小在于离心泵设计方案、应用及材料及。

在大部分泵系统内，NPSHA趋向伴随着流量的增加减少。相同的，在大部分泵设计里，NPSH3趋向伴随着流量的增加提升。因而，在系统开发以前，应注意泵生产商的意见及应用工作经验，查验并确定在大多数预估运行平台流量范围之内给出一个充足的安全性裕量。

不同类型的标准和标准、用于不同场景的泵，安全性裕量各有差别。但是其根本目的便是保证泵在大多数所规定的运行工况下均不会产生汽蚀。

4.1   UOP 5-11-7标准

必须有一个0.6米或NPSHA的15%的安全性裕量，二者之间取最大值。并且该安全性裕量包含于系统软件测算中，因而，只需离心泵NPSHR≤NPSHA就可以。

4.2   ANSI/API610规范第11版

除开所规定的NPSH3之外......一般希望能有一个工作NPSH margin安全性裕量，这一工作安全裕量足够在大多数总流量下（从最少持续平稳总流量到较大预估运行总流量）维护泵免受逆流、汽蚀所引起的毁坏。卖家应根据具体泵的种类和所规定的适用范围推荐一个安全性裕量。

4.3   ANSI/HI 9.6.1规范[6]

针对高或非常高吸进能量泵，在许可的实际操作范围之内运行时，提议设备汽蚀容量是必不可少汽蚀容量的1.2到2.5倍。

注：吸进动能=离心叶轮通道孔径（英尺）×泵转速（rpm）×吸进比转速（GPM, ft, rpm）×液体比例。针对端吸泵，将吸进动能≥160×106界定为高吸进动能泵；针对水准中开双吸泵，将吸进动能≥120×106界定为高吸进动能泵。非常高吸进动能是高吸进体力值的1.5倍。为了方便估计，针对端吸型泵，能够假定离心叶轮通道（impeller eye）孔径约是泵通道（法兰盘）管径的90%；但对于双吸中开泵，离心叶轮通道孔径取泵通道（法兰盘）管径的75%。

4.4   GB/T16907-2014规范[7]

NPSHA应该有比NPSHR大10%的裕量，所以该裕量应不小于0.5米。

4.5    某外资企业

针对没有明确汽蚀规则的泵，将水泵扬程降低3%做为汽蚀的辨别点。针对持续运行的大部分运用工况，规定有充足的安全性裕量。这样的要求的安全性裕量：

伴随着离心叶轮入口工作转速的提高而变化。

如果使用抗汽蚀原材料，则安全性裕量可以适当减少。

伴随着介质腐蚀的增加提升。

在于离心泵运行标准、形式及其地泵介质环境温度，比如物质为海面时，规定略微高一点的安全性裕量；物质为氮化合物时，规定略微低一点的安全性裕量。

针对单极水泵扬程强的吸进离心叶轮，设备汽蚀容量应是必不可少汽蚀容量的SA倍[8]，SA的类似取值参照图2。在其中，当离心叶轮选用抗汽蚀特性低铸钢件资料时，SA取发布；当离心叶轮选用抗汽蚀特性强的锰钢资料时，SA取退出。                   

图2- SA的类似选值

4.6    EBARA企业

如果客户没有明确，针对VS6型泵，物质为水体时，EBARA公司安全裕量取0.6米；物质为油系时，安全性裕量取0.3米。但是，在项目在实践中针对石油化工工况，客户一般规定安全性裕量做到1米。

针对其他泵的种类，客户没有明确时，安全性裕量一般不小于0.6米。

4.7    ITT公司制度

针对标准化的低吸进动能泵，避免汽蚀产生的有效手段是保证系统装置汽蚀容量超过离心泵必不可少汽蚀容量。高吸进动能泵必须更高安全性裕量才可以避免汽蚀的形成，实行ANSI/HI9.6.1标准要求。

4.8    KSB公司制度

针对高或非常高吸进动能泵，其设备汽蚀容量比ANSI/HI 9.6.1标准的是必不可少汽蚀容量的1.2到2.5倍要求比较高。

以某BB2型泵为例子，该泵为单极双吸、轴向网格划分式泵，轴线支撑点。因为转速比比较高，该泵配备外置（增加）泵。其基本参数如下所示：

离心叶轮通道直径约375mm（14.76英尺），泵转速为5112 rpm，吸进比转速为9711（GPM, ft, rpm），介质占比为0.8559。

则：吸进动能 = 14.76 × 5112 × 9711 × 0.8859 ≈ 649 × 106

显然，这是一个很高吸进能量泵。

为了保证主离心泵在大多数所规定的运行工况内都不产生汽蚀，同时为了达到核电厂对于该泵60年总体方案设计使用期限规定（离心叶轮尽管归属于离心泵正常磨损件，但KSB企业保证在正常的要求运行范围之内，离心叶轮比通用性泵具备更久的使用期 - 一般可以达到100000个小时以上），KSB企业在通过40很多年设计和运行工作经验后，梳理出以NPSHi作为主要离心泵的必不可少汽蚀容量，并在此基础上挑选外置泵的扬程，如图3。

图3- 三种必不可少汽蚀容量比照及设备汽蚀容量选择图

必不可少汽蚀容量是泵设计过程中无法回避的一个重要主要参数，其系数的尺寸不但直接影响离心泵运行特性、安全性稳定性，并且还会影响泵系统设计、运营成本。在规划泵系统时，针对适度的泵给予适度装置汽蚀容量是非常有必要的。不恰当装置汽蚀容量不但会比较严重限定离心泵挑选，并且很有可能迫不得已重新定位系统软件而投入高昂的成本。相反，给予过量设备汽蚀容量会让系统软件成本费不必要提升。

吸进比转速（又称汽蚀比转速）在这样的情况下会是很有帮助的。吸进比转速是检验一台离心水泵吸入平衡的一个指标值，更是对内部结构逆流比较敏感水平的一个评定尺寸，其基本功能主要是用于预测分析（总流量太钟头）内部结构逆流汽蚀。

5.1    国外水利学会规范ANSI/HI 1.3[9]对吸进比转速的概念

吸进比转速S，用最高效率点总流量、给出转速比及较大叶轮直径下，总水泵扬程（多级离心泵为第一级离心叶轮的水泵扬程）降低3%后的必不可少汽蚀容量进行计算。公式计算界定如下所示：

式中：

n = 转速比，企业rpm；

Q = 总流量，企业m3/s（US制：加仑/min）；针对单吸离心叶轮，Q为流量，针对双吸离心叶轮，Q为流量的一半；

NPSH3 = 必不可少汽蚀容量，企业m（ft）。

注：将用公制单位推导出来的吸进比转速乘于指数51.64就等着于美制部门的吸进比转速，英制企业通常用符号Nss表明；公制单位推导出来的吸进比转速乘于指数5.62就等同于我国的吸进比转速C。

5.2 吸进比转速限制值的相关规定

有关吸进比转速对离心水泵运行稳定性的危害，国际性同行业具备比较丰富的工程实践工作经验，并给出了吸进比转速的主要限定值。在其中，UOP 5-11-7标准所规定的吸进比转速的限定值在全球范围内获得了普遍认可与应用，其要求如下所示：

离心泵吸进比转速不高于11000(USGPM, rpm ft.)【13000（m3/h, rpm m）】；当地泵物质为水或水分含量超出50%的水溶液，而且离心泵单极离心叶轮输出功率超出75 kW时，吸进比转速不高于9500 (USGPM, rpm ft.)【11000 （m3/h, rpm, m）】。针对快速总体减速箱驱动型泵（OH6型泵），吸进比转速做到24000 (USGPM, rpm ft.)是能接受的。

虽然伴随着科技的发展，出现了一些其他能改善离心水泵吸入平衡的设计方案方式，吸进比转速的限定值也会跟着相对应提升。但根据国际性同行业的具体工程项目应用工作经验，针对BB2型泵限定值一般保持在14400（m3/h, rpm, m）[10]。

5.3    根据吸进比转速的限制值测算离心泵必不可少汽蚀容量

仍然以某BB2型泵为例子，基本参数如下所示：

离心泵最高效率点总流量Q = 3372.8 m3/h，泵转速n = 5112 rpm。现依据上述比转速的限定值S = 14400（m3/h, rpm, m），可测算NPSH3值：NPSH3 = 35.6 m

充分考虑在我国泵厂广泛还采用了增加离心叶轮通道孔径的方法去改进离心泵吸入能，为了能保证安全，现按UOP标准取吸进比转速的限定值S = 11000 （m3/h, rpm, m），则可以计算NPSH3 = 51 m

换句话说，为了保证离心泵吸进比转速不超标准，离心泵务必汽蚀容量NPSH3应不小于51 m。

当汽蚀发生的时候，气泡在高压区域内持续产生崩裂（假如是由内部结构逆流所引起的汽蚀，能听到泵内传出不规则噼里啪啦的声响），并伴有高强度敲击声，可能会导致不可以接受的噪音和震动、叶轮和泵外壳的破坏及其泵性能的降低（如总流量降低、水泵扬程降低等）。

内部结构逆流是造成泵汽蚀最主要的和比较常见的缘故，而吸入比转速是检验一台离心水泵吸入性能的一个指标值，更是对内部结构逆流比较敏感水平的一个评定尺寸。

依据汽蚀基本概念，吸入比转速越多则离心泵抗汽蚀水平就越好，但泵的效率则越小。

往往对吸入比转速得出限定值，是由于每一台泵都是有一个流量运作范畴，在离心泵运作范围内，可以接受的动力学特性与吸入比转速息息相关。针对高吸入比转速的泵，其功在最高效率附近位置运行中，叶轮入口介质流动性相对稳定和匀称；但当总流量不够、泵偏移最高效率点运行中，将在叶轮的吸入口及吐出入口造成内部结构逆流、提升能量损耗，造成离心泵震动显著扩大。

改进离心水泵汽蚀性能的举措主要集中在下列三大些：

（1） 提升设备汽蚀容量

提升吸入池的液位仪。

提升储水箱压力。

将泵安装在一个底坑中，如VS6型泵。

降低吸入管道水力损失

给主阀组装一台外置（增加）泵，如百万机组核电厂主离心泵等。

（2） 减少必不可少汽蚀容量

减少离心泵转速比。

选用双吸叶轮（多级离心泵头颅选用双吸）。

组装一只诱导轮。但是，在石油化工及石油化工设备的具体工程实践中，很多客户不想让选用带诱导轮的泵。特别是当诱导轮设计方案不合理或者出现浸蚀时，易引起它在过负荷区工作中，不但起不了增加功效，还更易造成离心泵汽蚀。UOP标准中明文规定卧式泵不可以带诱导轮。

增加叶轮通道孔径。可是，假如叶轮通道孔径太大，此方法会严重影响离心水泵的运转性能，并且还会造成泵振动大幅增加。

应用多台比较小的泵。三台半容量泵其实比一台大泵加一台备用泵划算，而且在比较小的负载下更节能。

叶轮叶片向泵通道边适度延展，等同于提升一只小的诱导轮。

后掠叶片，从而减少其外缘的所有汽蚀。

提升叶轮叶片外缘轮廊（如果采用双曲线外缘轮廊、薄化吸入侧叶片薄厚等），可有效限定叶片外缘的压力峰值和减少对一部分负载下运转的比较敏感水平。

运用当代电脑计算可视化技术给出叶轮入口设计可改善的标准，从而更好地控制与掌握叶轮过流道中总流量及应力分布状况。

在水力发电设计上，西方国家较在我国同行业具有十分明显的优点。比如：法国KSB企业对每一台离心水泵的叶轮设计方案均开展CFD模拟分析，以达到最佳的水力发电及叶片上最理想的应力分布（避免出现工作压力骤降而造成汽蚀）。如下图4所显示，从暗红色到暗蓝色展现了叶片上应力分布的细微的差别。

图4- KSB企业某BB2型泵叶轮叶片应力分布状况

正如你所看到的，叶片的压力遍布较匀称，那样能够确保叶片不会产生汽蚀浸蚀，与此同时能够确保叶轮具备最理想的性能。

（3） 改进原材料的抗汽蚀性能

选用抗汽蚀原材料，如铜、低合金钢、马氏体不锈钢。

提升金属种致密性（如果采用特殊铸造工艺等）和强度，能够减缓汽蚀损坏的速率。

仅有全方位、准确地了解离心水泵的汽蚀性能，才可以科学规范地制定或挑选出满足客户设备标准的商品。