離心泵吸上揚程對其抽水性能的影響

賀學讓

在離心泵站運行實踐中，吸上揚程的高低直接影響著泵組運行工況，特別是汽蝕振動的發生，使其揚程、流量、軸功率和效率急劇下降，能源單耗升高，過流部件損壞，嚴重者不能運行。因此離心泵吸上揚程的確定尤為重要。

1 離心泵在運行中存在的主要問題

從理論上分析，離心泵吸上揚程實際上是利用了大氣壓和水泵葉輪旋轉在中心區產生的負壓強來實現的。吸上真空高度Hs比水泵的吸上揚程H吸多一個吸水管水頭損失h損和水泵進口處的流速水頭。如果水泵在某個流量下運行，則是定值，H吸也近于定值，那么Hs值隨水泵的吸上揚程的增大而增大。由于Hs值是有限的,當H吸增大至某一數值后，水泵開始發生汽蝕，此時的吸上真空高度稱為臨界吸上真空高度。為了保證水泵不發生汽蝕，規定臨界吸上真空高度減去0.3 m的安全余量，作為允許吸上真空高度。

因此，葉輪中心區負壓強的大小以不產生水汽化為原則，在水泵允許吸程之內確定泵組的吸上揚程。一般由下式確定：

式中，為水泵安裝地點的大氣壓頭，取值見表1；為工作水溫下的飽和汽化壓力水頭，取值見表2；NPSH為水泵的允許汽蝕余量；為吸水管路損失水頭；h損為水泵進口處的流速水頭。

表1 不同海拔高度大氣壓頭值 單位：mH2O

表2 水溫和飽和汽化壓關系 單位：mH2O

但在生產實踐中，部分泵組常發生進氣，產生汽蝕、振動現象。通過大量的實驗觀察，產生汽蝕、振動的主要原因：一是進水池側向進水，輻射角進水的情況，易產生漩渦，水流加雜汽泡進入泵室。二是摻雜樹葉、柴草的水質，由于雜質改變了水體結構、流態，在快速流動過程中帶氣一同進入泵室。三是含砂較大的水質，由于水的比重發生變化以及水在高速流動過程中，水與砂的錯位產生氣體進入泵室。四是淹沒深度太小，進水面在大氣壓作用下受力不均勻產生漩渦帶氣體進入泵室。因此，造成了泵組間斷性發生汽蝕、振動問題。

2 問題分析及對策

理論分析是建立在各種條件完備的基礎上的，但實踐中的環境、工況條件是比較復雜的。不但考慮水體汽化產生汽蝕，還要考慮外界客觀條件影響水質、流態而進入氣體產生的汽蝕。如果水泵安裝高程越高，葉輪中心區產生的負壓強就越大，不但容易引起柴草、含沙產生氣體，更容易使氣流及汽體進入泵室。所以有效降低水泵的安裝高程，縮小離心泵組的吸上揚程,減小泵腔內負壓強，能避免產生氣體進入泵室，很好地消除汽蝕、振動，增加水泵出流，降低能源單耗，提高泵組的裝置效率。所以在泵組設計安裝過程中，視其情況應綜合考慮。

3 離心泵組最佳吸上揚程的確定

由以上分析可知，水泵的吸上揚程與汽蝕發生是一個漸降的過程，事實上，在工程條件允許時，最大限度地降低安裝高程，能有效改善水泵的抽水性能。所以,水泵的吸上揚程H吸在考慮安全余量K時應按照以下式計算：

式中，K1為水質可吸入柴草雜質安全余量0.3～0.5 m；K2為水質含沙在8%以下的安全余量0.2～0.6 m；K3為進水池斜角進水或水位變化的安全余量0.3 m。

水泵的最佳吸上揚程由下式確定：

泵組的安裝高程為

4 實例分析

交口抽渭灌溉管理局渠首抽水站一九九二年更新改造五號泵組設計安裝圖，見圖1。

圖1 1200-22a水泵電機安裝圖

原安裝高程是按照不產生汽化汽蝕原則設計的，屬地海拔350 m，取0.93 m，水溫 15℃，取0.18 m，1200-22A水泵配套電動機YKK630-12/710 kW，允許汽蝕余量為5.8 m，流量2.75 m3／s，水管阻力損失0.22 m，進水管口流速水頭0.34 m，安全余量0.3 m，吸上高程及安裝高程計算如下：

該泵組安裝運行后，經常出現間斷性汽蝕現象，泵腔異響振動嚴重。經過長期觀察，汽蝕發生在柴草含沙較大，運行水位偏低時；當水位達到最高水位或者開啟真空泵排氣后，汽蝕稍有改善，運行平穩。在設計水位時，經測試水泵出流為Q＝1.8 m3/s，H凈＝16.35 m，額定電壓為 6 kV，電流為 83 A，功率因數為0.75，泵組各項參數遠遠達不到設計要求。其能源單耗計算如下：

其中，E為每小時耗電量；M為每小時抽水量；e為能源單耗。

計算結果遠大于《泵站技術改造通則》規定的5 kW·h/kt·m以下的要求。

因此，1998年渠首站專項對5號機組進行技術改造。主要對柴草、含沙及水位變化安全余量進行修正，取0.8 m。泵組安裝高程降低0.5 m，安裝高程為346.19 m。經運行觀測汽蝕振動現象消除，泵組運行平穩。在設計水位時，測試結果為泵組出流2.38 m3/s，H凈＝16.35 m，運行電壓 6 kV，電流為 79.5 A，功率因數0.77。

其能源單耗為：

能源單耗降低了1.56 kW·h/kt·m,裝置效率提高了34.3%。由于測試時河源含沙較大，泵組出流雖然沒有達到額定流量，但能源單耗降低到規定值以下，機組運行平穩，達到了技術改造的目的。

該泵組多年平均運行2760 h計，年節約電能56.6萬度，年多抽水576萬m3，直接經濟收益150.6萬元。

5 結論

通過理論分析及實踐表明，降低離心泵組的安裝高程，能有效消除邊界及水質條件引起的汽蝕、振動現象發生，提高裝置效率，延長水泵過流部件的使用壽命，節約運行費用。

[1]萬亮婷，袁俊森.水泵與水泵站（第2版）[M].鄭州:黃河水利出版社，2008.

[2]陜西省水利學校.小型水利工程手冊(抽水機站上冊）[M].北京：農業出版社，1979.