船用应急消防泵来避免汽蚀方法2
在确定船舶管系设计中某一个泵的布置时，往往会看到泵的图纸材料中的SUCTION PRESSURE，NPSHr等相关参数。那这些参数的意义，如何将其利用到设计过程中；船用应急消防泵使用情况复杂，海平面波涛汹涌，船舶航行颠簸沉浮，是否会对泵的使用产生影响；选用的泵该放置在什么样的高度位置，才能保证泵的吸水状态，且又不发生汽蚀。上一篇文章我们简单介绍了利用允许吸上真空高度来避免汽蚀的方法，下边就简单介绍另外一种船用应急消防泵避免汽蚀的方法。利用汽蚀余量（NPSH） 计算法避免汽蚀。
1、NPSHa 和NPSHr
各船级社重点对船用应急消防泵汽蚀余量的设置提出了要求，具体如表1 所示。
表1 各船级社汽蚀余量要求比照表
船用离心泵是否发生汽蚀受到泵本身和吸入装置2个方面的影响，具体表现就是NPSHa （吸入装置）和NPSHr（泵本身）的关系。其中NPSHr 数值由离心泵厂家提供在设备资料上，其表示泵若不想发生汽蚀，要求在泵进口处的液体具有超过汽化压力水头的富裕能量，即保证图1中的C点附近的压力高于液体温度对应的汽化压力。因此，液体在C 点之前的泵的入口处需要保留一定的能量余量，用来抵消泵内部运行对液体压力的进一步降低，即必需汽蚀余量NPSHr，此为每台泵自身的特点。对于同一台泵来说，NPSHr 越小则需要给予富裕能量值就越小，其本身抗汽蚀性能也就越好。由于NPSHr 的数值由离心泵厂商经过试验测试等方式得出，标于样本材料中，故对于船舶系统设计者来说，此参数为船用泵的固有参数，并无条件去改变。
而NPSHa 表示泵进口处液体具有的全部水头减去汽化压力水头净剩的值，其对于管路系统设计者来说，更有意义。具体公式如下：
从上式可知，NPSHa 与吸水液面压力P0、液体饱和蒸汽压力Pv、吸入管路流动损失和几何安装高度Hg有关，与泵本身并无关系。
综上可知，泵进口处的富裕能量NPSHa 只要大于或者等于泵的预留余量NPSHr，就不会产生汽蚀现象。因此，可以通过控制泵的安装高度（Hg）及管路流动损失（Σhw），来达到设计预期。
另外，因为船用消防泵的设置关系到全船的安全，尤其船用应急消防泵经常布置在船艏或者船艉这些远离双层底的位置，相对较高的位置使得几何安装高度Hg增大进而导致HPSHa减小，增大了汽蚀发生的风险，在此需要设计人员特别注意。
2、吃水线的确定
上述计算中Hg很重要，但要想确定其数值，就必须先行确定船舶的吃水线。但因为船舶的运行环境很不稳定，存在各种摇摆及倾斜状态，因此吸水水位就不能像陆基泵那样，选定简单的某一水平面。因此，针对水线的确定，MSC也已经给出了相关准则，即MSC.1/Circular.1388通函的有关规定。并据此制作具体船型的纵摇及升沉实船对应图，同时进一步列出其要求的几种吃水线和船舶状态，作为模拟船舶航行的各种状态，并以之为基础进行核算。
状态一：考虑纵摇并海面升沉，船舶纵摇及海面升沉状态参数如表2 所示。
（注： 船长介于中间长度的可用线性插值法计算。）
图3 为纵摇结合升沉的实船吃水线示意图，其与船用应急消防泵吸入管的交点A 点即是此种情况下的吃水线高度。
状态二：考虑横摇并升沉的状态（有龙骨船舶φ 角度11°），如图4 所示。
状态三：船平浮水线螺旋桨浸没2/3 状态，如图4 所示。
状态四：船轻载到港（无货物，但有10%燃油和其他消耗品以及保持船舶的最小压载要求时的状态），如图4 所示。
可见，在图4中的A点也即图3中的A点。在4种模拟状态中，状态二（考虑横摇并升沉，有11°） 最为严峻，水线最低。因此取此C 点位置作为计算的水线点，通过模拟泵的安装高度和管路走向，计算出液面距叶轮高度Hg 和管路沿程损失。
至此，利用上文所介绍的2种避免气蚀的计算法开始校核泵及管系的布置情况。以NPSH法为例，通过计算公式得到NPSHa 的值，有了这个数据为基础，就可以来核算当前最严苛吃水状态下的NPSHa 与NPSHr 是否足够满足要求。如果核算结果使得NPSHa＞ （NPSHr+1 m）（即ABS，GL 等船级社的要求） 成立，则说明设计的船用应急消防泵布置位置及管路设计情况已经满足要求，不会产生叶轮汽蚀现象，满足了船级社的规范要求；如果不能满足条件，则说明泵的布置安装高度过高，或者管路设计阻力太大，就必须做出调整直至满足条件。
船舶消防泵是很重要的船舶安全系统部件，汽蚀问题又严重威胁着船用泵的安全运转。作为船舶设计或施工人员，应尽可能利用现有条件，优化设计，使船舶上的消防系统安全稳固运行。
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