浅析水泵安装高程复核

傅 捷

（江苏省秦淮河水利工程管理处，江苏 南京 210022）

1 水泵汽蚀情况分析

汽蚀是由液体汽化引起的。溶解于液体中的气体在局部区域形成汽泡或汽穴，当四周压力升高时，汽泡被周围的压力压破，液流因惯性以极高的速度向中心挤压，对设备造成水力冲击，这种汽泡的产生、溃裂以及对过流表面产生的作用称为汽蚀。叶片泵在工作时就会发生一定的汽蚀现象。根据研究资料显示，汽蚀产生的水锤冲击频率很高，每分钟可达几万次，并集中作用在微小的金属表面上，瞬时局部压力可达几十至几百兆帕。当叶轮或泵壳的壁面受到如此大的压力时，会引起塑性变形和局部硬化，并产生金属疲劳现象，从而对叶轮与泵壳等部件产生巨大的破坏性，很快会发生裂纹与剥落，以致金属表面呈蜂窝状的孔洞。汽蚀的进一步作用，可使裂纹相互贯穿，直到叶轮或泵壳断裂。当水泵发生汽蚀现象时，除了对水泵产生物理损坏外，大量汽泡破坏液流的连续性，阻塞流道，增大阻力，使泵的性能曲线变坏，即流量-扬程曲线和流量-效率曲线都发生下降。

根据1994年对江苏45座大中型泵站共500多台水泵的的汽蚀破坏状况的专题调研，大部分泵站水泵叶片都发生了不同程度的汽蚀现象，其中汽蚀面积最大的为皂河泵站，达到0.37m2，汽蚀深度最深的为江都四站，达到20mm。在调研的45座大中型泵站中，发生Ⅲ级以上较严重汽蚀的泵站比例占65.7%。

2 水泵安装高程确定

水泵装置允许吸上真空高度是为保证叶片泵内部压力最低点不产生或仅产生微弱的对水泵工作无危害的汽蚀时，在叶片泵进口处允许的最大真空度。水泵汽蚀余量是指叶片泵在进口处，单位重量的水所具有的大于汽化压力的剩余能量，其大小换算到叶片泵基准面上，以mH2O表示。根据水泵学计算公式，

H真——叶片泵进口处的真空高度；H吸——叶片泵净吸上高度；H损——吸水管路的摩阻损失水头；P大气——叶片泵安装处进水池水面上的大气压力；P进——叶片泵进口处的绝对压力；P汽——所抽水温度下的汽化压力；v进——叶片泵进口的断面平均流速；ρ——水的密度；Δh——装置的汽蚀余量；

因此为了不发生或者尽可能减少发生汽蚀情况，水泵装置安装后的汽蚀余量必须满足以下条件：Δh≥Δh允=k*Δh临

k——安全系数；Δh允——水泵允许汽蚀余量；Δh临——水泵临界汽蚀余量。

3 水泵安装高程复核

根据以上条件对江苏省秦淮新河泵站水泵安装高程进行复核。计算水泵汽蚀余量时，卧式泵基准面为通过水泵轴线的水平面，而秦淮新河泵站水泵叶轮较大（直径为1.7m），叶片上下存在一定高差。叶轮上缘是水泵的最低压力点，叶片转动到该处时，最易发生汽蚀，所以在计算装置汽蚀余量时，需同时考虑叶片高差对水泵安装高程的影响。从该泵站运行水位组合表可知，抽引工况下进水侧（长江）设计水位为4.0m，最低水位2.5m；而排涝工况下进水侧（内河）设计水位为8.5m。排涝工况下水泵的淹没深度远远大于抽引工况，因此水泵安装高程的复核计算主要针对抽引工况。

（1）在抽引设计工况下（叶片角度+2°），从原型水泵装置通用性能曲线上查得水泵临界汽蚀余量约为Δh临＝7.0m，取安全系数k=1.35，则允许汽蚀余量为Δh允＝1.35*7＝9.45m。水泵安装高度H吸=--Δh-H损-D/2=-0.61m。即要求水泵主轴中心线在最低水位以下0.61m，目前水泵主轴中心线高程为1.0m，抽引设计工况时进口处水位为4.0m，淹深为3.0m，满足要求。（通过查表得，大气压力＝10.33m，200C清水汽化压力＝0.24m，吸水管路的损失水头取0.4m。）

（2）在抽引最大扬程工况下（叶片角度+0°），从原型水泵装置通用性能曲线上查得水泵临界汽蚀余量约为Δh临＝8.6m，取安全系数k=1.35，则允许汽蚀余量为Δh允＝1.35*8.6＝11.61m。水泵安装高度H吸=-2.77m。即要求水泵主轴中心线在最低水位以下2.77m，根据设计水位组合，最大扬程时进水口水位为2.5m，淹没深度为1.5m，不满足要求。

如在抽引最大扬程工况下，将叶片角度调至0°，此时Δh临=7.5m，取安全系数k=1.35，则允许汽蚀余量为Δh允＝1.35*7.5＝10.13m。水泵安装高度为H吸=-1.29m。即要求水泵主轴中心线在最低水位以下1.29m。此时进口最低水位为2.5m，淹深为1.5m，满足要求。因此在低水位高扬程引水工况下，为保证泵站安全稳定运行，应控制水泵叶片角度不大于0°。

4 结语

水泵在运行时是否发生汽蚀，是由水泵本身的汽蚀性能与装置的使用条件共同决定的，它们之间的关系可由汽蚀基本方程式反映出来。在安装水泵前应仔细计算水泵安装高度，最好再加上至少一定的高度余量。同时要充分考虑流量变化对允许汽蚀余量的影响，当水泵安装高度已确定，且无法满足水泵安全运行条件时，应通过改变水泵的运行工况，减小水泵装置的允许汽蚀余量，确保水泵的安全运行。