潜没式液货泵通常采用一舱一泵的布置方式 安装于液货船的每个舱室中，舱室底部有一个吸 入井，泵安装于吸入井的顶部，因此，泵吸口与吸 入井底部之间的距离( 简称吸口间距) 决定了液 货的残留量。减小吸口间距有助于降低舱室内液 货的残留量; 但同时会造成泵汽蚀性能恶化，不利 于泵的稳定运行。因此，实际吸口间距通常有一 个合理范围，如何确定这个范围是潜没式货油泵 设计与安装过程中需面临的重要问题。泵抗汽蚀 性能越好对于降低吸口间距是有利的，有学者提 出用空化数来描述空化流动，指出采用理论方法 预测空化初生和空化消失是非常困难的［1］。用 于仿真空化的汽蚀模型被开发出来，后有学者采 用Ｒayleigh － Plesset 汽蚀模型进行离心泵汽蚀性 能的CFD 仿真计算研究［2］。该汽蚀模型被应用 于分析不同型式离心泵的汽蚀性能，并与试验结 果进行对比［3-5］，以上研究均以清水介质，试验表 明，当介质变为粘度大的粘油时，泵的必须汽蚀余 量随液体粘度增加而升高［6-10］。
在此基础是对潜没式液货泵吸口间距进行仿 真分析，重点是探讨泵正常工作情况下吸口间距 的确定问题，同时如果输送介质粘度较大，还需考
虑介质的影响。
1 模型与计算方法
1． 1 吸口间距定义
潜没式液货泵吸口与吸入井的距离见图1， 实际泵安装过程中，吸口间距会各不相同，此距离 的变化范围必须合理，既要满足最小液货残留量 的要求，还要满足泵运行不发生汽蚀的要求。
1． 2 模型建立 选用的泵是自主设计的潜没式液货泵，其设 计流量Q = 300 m3 /h，转速n = 2 620 r /min，扬程 H = 110 m，必须汽蚀余量NPSHr = 5． 5 m，比转速 ns = 81． 3。考虑吸入井后的几何模型见图2，初始 设计吸口间距为30 mm。
1． 3 计算方法
CFD 数值计算选取非结构化四面体网格和 结构化六面体网格相结合的混合网格对计算模型 进行离散，近壁面区进行网格加密处理，整机网格 数在150 万左右，满足网格无关性的要求。利用 CFX 软件进行定常计算，选择SST k － ω 湍流模 型，计算时设置入口条件设置为总压，出口条件设 为质量流量出口，壁面采用无滑移固壁边界，收敛 精度设为10 － 5。
选取Ｒayleigh － Plesset 汽蚀模型，介质选取 25 ℃清水，汽化压力设置为3 574 Pa。
2 计算结果与讨论
2． 1 初始吸口间距下泵的性能仿真结果 初始吸口间距30 mm 下仿真计算的泵性能 见表1，计算扬程比设计要求高6． 8%，效率比设 计要求高2． 5%，额定工况下的性能参数均优于 设计要求。
表1 额定工况性能对比表
对比项流量/( m3·h － 1 ) 扬程/m 水力效率/% 设计要求300 110． 0 80． 0 仿真结果300 117． 5 82． 5
仿真计算得到的泵汽蚀余量见图3，以泵扬 程下降3% 为界［11］，确定泵的临界汽蚀余量 NPSHc 为2． 70 m。该泵在离心泵闭式试验台上 测试的临界汽蚀余量为2． 52 m，可以看出，初始 吸口间距已对泵的汽蚀性能产生了影响，使泵的 临界汽蚀余量有所提高，但影响不大，可以忽略不 计。这说明该吸口间距下，液货残余量满足要求， 且对泵的正常运行也不会产生不良影响。
2． 2 不同吸口间距对泵汽蚀性能的影响 以初始吸口间距为参照，分别选取不同间距 值并仿真计算泵的临界汽蚀余量。仿真得到的吸 口间距与泵临界汽蚀余量的变化见图4。从图4 可以看出，吸口间距以30 mm 左右为临界值，大
于30 mm 后泵临界汽蚀余量基本不变。但随着 吸口间距的减小，泵临界汽蚀余量值明显升高，当 临界汽蚀余量值升高到比必须汽蚀余量NPSHr 高时，泵在运行过程中就会发生汽蚀，这种状态应 该避免。将此时对应的吸口间距称为极限吸口间 距，实际最小吸口间距应在极限吸口间距的基础 上增加一定余量。
相同汽蚀余量( NPSH = 3． 72 m) ，不同吸口 间距下的潜液泵中面( 图2 所示剖面) 流场内的 气相体积分数见图5。
从图5 可以看出，随着吸口间距的降低，流场 内的气相分布逐渐增加，图5a) 中仅在入口附近 存在气相，且分布范围非常窄; 图5b) 中气相的分 布范围有所扩展，并有向叶轮出口扩展的趋势，表 明此时泵已处于汽蚀初生状态; 图5c) 中气相的 分布范围已很广，几乎占据了叶轮中部的整个流 道，汽蚀现象已经非常明显; 图5d) 中气相分布已 占据整个叶轮区域，汽蚀已十分严重，实际过程中 泵此时已断流，无法工作。
图4 和图5 的规律表明，吸口间距存在一个 临界值，当间距大于该值时，泵临界汽蚀余量基本 不随间距变化而变化，当间距小于该值时，泵临界 汽蚀余量随间距的减小而剧烈升高。
2． 3 吸口间距范围确定
根据图4 确定文中模型泵实际最小吸口间距 为25． 0 mm( 极限吸口间距上增加一定余量) ，即 要保证泵正常工作，泵安装后必须保证吸口间距 至少为25． 0 mm。当吸口间距大于25． 0 mm 时， 泵均能保证正常工作，不会有汽蚀风险，但随着吸 口间距增加，泵的临界汽蚀余量趋于平稳; 但舱室 内液货残余量会随之增加，考虑减少液货残余量， 实际上有必要规定一个吸口间距的上限值。该上 限值与液货残余量的标准要求、吸口井的大小、泵 的大小等均有关系，需视具体情况而定。对于文 中的模型泵，规定其吸口间距上限值为35． 0 mm， 即该泵在正常安装过程中，要保证吸口间距在 25． 0 ～ 35． 0 mm 的范围内。
3 试验验证
3． 1 试验台
试验台的布置见图6，水池用于模拟实际舱 室环境，水池边的塔架用于固定潜没式货油泵。 整个水池长20 m，宽15 m，深6 m，塔架高24 m， 试验采用原型泵。
3． 2 初始吸口间距
泵安装在试验台后调整吸口间距为30 mm， 测量泵的外特性见图7。
测得泵扬程比仿真结果高，小流量时偏差大 于大流量时的偏差，额定流量( 300 m3 /h) 之后扬 程曲线趋势基本保持一致; 试验轴功率高于仿真 计算轴功率，这是由于制造误差及仿真计算简化 了实物模型并忽略了局部损失，轴功率的增加使 得试验测试效率低于仿真值。整体来看，仿真与 试验结果的误差均属于正常误差范围内，仿真结
果能够准确预测泵的性能。
3． 3 不同吸口间距的试验结果
试验过程中调整吸口间距，分别进行泵的扬 程测量，结果见图8。从图8 可以看出，吸口间距 分别为30． 0 mm 和25． 0 mm 时，泵的扬程曲线基 本吻合，试验测试过程中泵的运转状况良好，当吸 口间距调整到22． 5 mm 时，测试泵的扬程曲线出 现了陡降，这说明泵在运转中已发生严重汽蚀，试 验过程中泵的振动和噪音剧烈增加。
随着吸口间距的减小，泵入口的阻力增大，压 降升高，到达叶轮叶片前端时，如果压降降低到液 体汽化压力以下，就会发生汽蚀现象，汽蚀现象进 一步发展，泵就会达到严重汽蚀状态，泵的扬程出 现陡降，振动噪音异常，不能正常工作。
4 结论
1) 吸口间距与潜没式液货泵的汽蚀性能关 系密切，当吸口间距大于临界值时，泵汽蚀性能基 本不随间距变化而变化，当吸口间距小于临界值 时，随着间距的减小泵汽蚀性能会急剧恶化，直至 泵不能正常工作。实际工程安装过程中，需保证 吸口间距在确定的范围内，才能充分发挥泵的作 用。
2) 仿真结果与试验结果基本吻合，验证了仿 真分析方法的准确性，能够用于研究吸口间距的 确定问题。所选取的研究介质为清水，对于粘度 比清水大的介质，泵吸口间距会比清水介质的要 求更大，具体规律还有待深入的仿真与试验研究。