淺析水泵安裝高程復(fù)核

傅 捷

（江蘇省秦淮河水利工程管理處，江蘇 南京 210022）

1 水泵汽蝕情況分析

汽蝕是由液體汽化引起的。溶解于液體中的氣體在局部區(qū)域形成汽泡或汽穴，當(dāng)四周壓力升高時，汽泡被周圍的壓力壓破，液流因慣性以極高的速度向中心擠壓，對設(shè)備造成水力沖擊，這種汽泡的產(chǎn)生、潰裂以及對過流表面產(chǎn)生的作用稱為汽蝕。葉片泵在工作時就會發(fā)生一定的汽蝕現(xiàn)象。根據(jù)研究資料顯示，汽蝕產(chǎn)生的水錘沖擊頻率很高，每分鐘可達(dá)幾萬次，并集中作用在微小的金屬表面上，瞬時局部壓力可達(dá)幾十至幾百兆帕。當(dāng)葉輪或泵殼的壁面受到如此大的壓力時，會引起塑性變形和局部硬化，并產(chǎn)生金屬疲勞現(xiàn)象，從而對葉輪與泵殼等部件產(chǎn)生巨大的破壞性，很快會發(fā)生裂紋與剝落，以致金屬表面呈蜂窩狀的孔洞。汽蝕的進(jìn)一步作用，可使裂紋相互貫穿，直到葉輪或泵殼斷裂。當(dāng)水泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象時，除了對水泵產(chǎn)生物理損壞外，大量汽泡破壞液流的連續(xù)性，阻塞流道，增大阻力，使泵的性能曲線變壞，即流量-揚程曲線和流量-效率曲線都發(fā)生下降。

根據(jù)1994年對江蘇45座大中型泵站共500多臺水泵的的汽蝕破壞狀況的專題調(diào)研，大部分泵站水泵葉片都發(fā)生了不同程度的汽蝕現(xiàn)象，其中汽蝕面積最大的為皂河泵站，達(dá)到0.37m2，汽蝕深度最深的為江都四站，達(dá)到20mm。在調(diào)研的45座大中型泵站中，發(fā)生Ⅲ級以上較嚴(yán)重汽蝕的泵站比例占65.7%。

2 水泵安裝高程確定

水泵裝置允許吸上真空高度是為保證葉片泵內(nèi)部壓力最低點不產(chǎn)生或僅產(chǎn)生微弱的對水泵工作無危害的汽蝕時，在葉片泵進(jìn)口處允許的最大真空度。水泵汽蝕余量是指葉片泵在進(jìn)口處，單位重量的水所具有的大于汽化壓力的剩余能量，其大小換算到葉片泵基準(zhǔn)面上，以mH2O表示。根據(jù)水泵學(xué)計算公式，

H真——葉片泵進(jìn)口處的真空高度；H吸——葉片泵凈吸上高度；H損——吸水管路的摩阻損失水頭；P大氣——葉片泵安裝處進(jìn)水池水面上的大氣壓力；P進(jìn)——葉片泵進(jìn)口處的絕對壓力；P汽——所抽水溫度下的汽化壓力；v進(jìn)——葉片泵進(jìn)口的斷面平均流速；ρ——水的密度；Δh——裝置的汽蝕余量；

因此為了不發(fā)生或者盡可能減少發(fā)生汽蝕情況，水泵裝置安裝后的汽蝕余量必須滿足以下條件：Δh≥Δh允=k*Δh臨

k——安全系數(shù)；Δh允——水泵允許汽蝕余量；Δh臨——水泵臨界汽蝕余量。

3 水泵安裝高程復(fù)核

根據(jù)以上條件對江蘇省秦淮新河泵站水泵安裝高程進(jìn)行復(fù)核。計算水泵汽蝕余量時，臥式泵基準(zhǔn)面為通過水泵軸線的水平面，而秦淮新河泵站水泵葉輪較大（直徑為1.7m），葉片上下存在一定高差。葉輪上緣是水泵的最低壓力點，葉片轉(zhuǎn)動到該處時，最易發(fā)生汽蝕，所以在計算裝置汽蝕余量時，需同時考慮葉片高差對水泵安裝高程的影響。從該泵站運行水位組合表可知，抽引工況下進(jìn)水側(cè)（長江）設(shè)計水位為4.0m，最低水位2.5m；而排澇工況下進(jìn)水側(cè)（內(nèi)河）設(shè)計水位為8.5m。排澇工況下水泵的淹沒深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抽引工況，因此水泵安裝高程的復(fù)核計算主要針對抽引工況。

（1）在抽引設(shè)計工況下（葉片角度+2°），從原型水泵裝置通用性能曲線上查得水泵臨界汽蝕余量約為Δh臨＝7.0m，取安全系數(shù)k=1.35，則允許汽蝕余量為Δh允＝1.35*7＝9.45m。水泵安裝高度H吸=--Δh-H損-D/2=-0.61m。即要求水泵主軸中心線在最低水位以下0.61m，目前水泵主軸中心線高程為1.0m，抽引設(shè)計工況時進(jìn)口處水位為4.0m，淹深為3.0m，滿足要求。（通過查表得，大氣壓力＝10.33m，200C清水汽化壓力＝0.24m，吸水管路的損失水頭取0.4m。）

（2）在抽引最大揚程工況下（葉片角度+0°），從原型水泵裝置通用性能曲線上查得水泵臨界汽蝕余量約為Δh臨＝8.6m，取安全系數(shù)k=1.35，則允許汽蝕余量為Δh允＝1.35*8.6＝11.61m。水泵安裝高度H吸=-2.77m。即要求水泵主軸中心線在最低水位以下2.77m，根據(jù)設(shè)計水位組合，最大揚程時進(jìn)水口水位為2.5m，淹沒深度為1.5m，不滿足要求。

如在抽引最大揚程工況下，將葉片角度調(diào)至0°，此時Δh臨=7.5m，取安全系數(shù)k=1.35，則允許汽蝕余量為Δh允＝1.35*7.5＝10.13m。水泵安裝高度為H吸=-1.29m。即要求水泵主軸中心線在最低水位以下1.29m。此時進(jìn)口最低水位為2.5m，淹深為1.5m，滿足要求。因此在低水位高揚程引水工況下，為保證泵站安全穩(wěn)定運行，應(yīng)控制水泵葉片角度不大于0°。

4 結(jié)語

水泵在運行時是否發(fā)生汽蝕，是由水泵本身的汽蝕性能與裝置的使用條件共同決定的，它們之間的關(guān)系可由汽蝕基本方程式反映出來。在安裝水泵前應(yīng)仔細(xì)計算水泵安裝高度，最好再加上至少一定的高度余量。同時要充分考慮流量變化對允許汽蝕余量的影響，當(dāng)水泵安裝高度已確定，且無法滿足水泵安全運行條件時，應(yīng)通過改變水泵的運行工況，減小水泵裝置的允許汽蝕余量，確保水泵的安全運行。