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1、中国土查三堡兰全查三些坌垒垫皇重墨全垫塑童些堕星三姿堂查銮鎏笙全 堕苎叁 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ 。_ - _ _ - _ _ _ _ - - _ 。_ - ，_ - 一。一 城市给水泵站供水泵安装高度确定标准的探讨 北京市自来水集团有限责任公司赵顺萍 水泵的安装高度是泵站设计的一个关 键，水泵安装高度选取的合理与否，直接关 系到泵站工程的造价，影响水泵的汽蚀性能 和泵的效率、泵的使用寿命，以及影响泵站 日后的运行费用等等，严重时可能影响到供 水的安全性，所以，合理的确定水泵安装高 度至关重要。 目前，设计单位在进行泵站设计时，水 泵的安装高度按照给水排
2、水设计手册( 城 市给水) 中传统的计算方法进行计算、设计， 即使留出很高的安全汽蚀余量，有时水泵还 短泵的使用寿命。面对这种情况，我们从汽 蚀的机理上做了许多分析，对在城市给水中 确定水泵安装高度所使用的传统计算方法提 出两点修改意见。 1 传统的计算方法 我们知道，水泵的主要技术参数中有允 许吸上真空度，也有汽蚀余量，二者实际上 是用不同的专业术语来表达水泵的同一个特 性，即水泵汽蚀性能。当然，计算水泵的安 装高度也就有两种方法，一个是根据泵制造 厂给出的最大允许吸上真空度进行计算，一 是会发生很严重的汽蚀，如叶片穿孔、泵体 种是根据泵制造厂给出的必需汽蚀余量进行 损坏、泵内高低压分界点穿
3、透等，导致泵的 运行工况恶化，效率降低，增大能耗，还缩 计算。两种方法可以互相换算，在这里我只 使用汽蚀余量来介绍。 图1 离心式水泵安装示意图 在城市供水泵站一般都采用双吸离心 泵，有两种安装方式，如上图所示。在给 5 3 中国土木工程学会水工业分会塑皇耋垦叁塑燮主些婴旦三姿堂查銮鎏兰全 鲨兰叁 - - _ - - _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ - _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ l _ l - _ _ _ _ - - _ _ - - 一 水排水设计手册第三册( 城市给水) 中给 出水泵的安装高度应满足： 么h = H g
4、 H z h s z s ) 么h ( 1 ) 其中：I h 泵制造厂给出的水泵必 需汽蚀余量( m ) ； 【么h 泵实际安装后能提供的 汽蚀余量( m ) ( 也可称 为装置汽蚀余量) ； H g 水泵安装地的大气压力 ( m 水柱) ： H z 水的饱和汽化压力水头 ( m ) ： h s 吸水管沿程及局部水头 损失之和( m ) ； Z s r 一泵的安装高度( m ) 。当吸 水池水位低于泵轴线时， 取 一 号，当吸水池水位高 于泵轴线时取【+ 号。 若 A h ( z I h ，泵将发生汽蚀， 在实际工程设计中为安全起见一般采用： A h A h + ( O 4 0 6 ) ( m
5、 ) 在( 手册) 中同时给出不同海拔高程 的大气压力( 见表1 ) 和不同水温时的饱和 蒸汽压力( 见表2 ) 表1 海拔高程( )- 6 0 0O1 0 0 2 0 03 0 04 0 0 5 0 06 0 07 0 0 8 0 09 0 01 0 0 0 1 5 0 02 0 0 03 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 大气压力 1 1 3l O 3 1 0 2 l O 11 09 89 79 69 59 49 39 28 68 47 36 35 5 ( m 水柱) 表2 水温( 度)05l O1 52 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 饱和蒸汽压力 O
6、0 6 O 0 9 0 1 2 O 1 7 0 2 4 O 4 3 O 7 51 2 52 0 2 3 1 74 8 27 Ml O 3 ( m 水柱) 在泵站的实际工程设计中，水泵安装高 度的计算一般选取清水在一个标准大气压 下，水温2 0 。C 时的数据，即H g = 1 0 3 m ，H z = O 2 4 m 。 2 修正的计算方法 2 1 目前，对泵内水的汽化现象的研究和计 算，大多数还是以水的饱和汽化压力作为初 生气泡的临界压力。实际上，二者在数值上 有很大的差距不能互相代替。好比一杯水 要加热，到7 0 度时就可能有微小的气泡产 生，随温度的增加，气泡越米越多，越来越 大，到1
7、0 0 度时水完全沸腾。既然要防止水 泵运行中发生汽蚀，那么就要防_ l ：泵内气泡 的产生，也就是说式( 1 ) 中的H z 应该取水 的初生汽化压力，而并+ m 饱和汽化压力。因 为在相同的温度下水的初生汽化压力要远大 于此时的饱和汽化压力。 2 2 现代汽蚀机理的研究还表咧，水中所溶 中国土木工程学会水工业分会机电委员会机械专业四届二次学术交流年会 论文集 解的各种气体( 包括空气、氯气等) 含量， 会对水中气泡初生及发展过程起明显作用， 使水的压力在远高于该温度下的汽化压力时 就产生气泡。而我们在实际中，无论是泵的 设计、制造、试验，还是在城市给水泵站的 设计中，泵输送的介质都是以清水
8、为标准， 以气态的氯溶于水中，这样势必会对气泡的 初生压力和饱和压力产生影响。 关于加氯量对水的初生汽化压力和饱 和汽化压力的影响，我曾在北京市第九水 厂泵汽蚀性能研究一文中做了详细的论述， 此文发表在城镇供水2 0 0 1 年第2 期，这 即不含任何杂质的水。我们都知道在城市供里不在赘述。只将它们之间的变化曲线再一 水中，为了保证水质，在水中加氯进行消毒，次提供给大家，希望能引起设计者的重视。 而且大都是液氯通过蒸发器真空调节器后 图2 水中含氯量与水的初生汽化压力关系曲线 图3 水中含氯量与水的饱和汽化压力关系曲线 综上所述，按2 0 “ Ci 捕T k 、一个标准大 气压计算水泵的安装高
9、度，肯定会产生很大 5 5 的误差。所以在许多自来水厂，通过计算泵 是不会发生汽蚀的，但却产生了不同程度的 汽蚀现象，主要原因就在于此。当然造成水 泵汽蚀的原因很多，比如：运行工况偏离高 效区太远、叶轮材质的抗汽蚀性能较差、泵 内流道设计不合理或吸水管流态紊乱等，但 通过试验研究发现，设计时未考虑加氯后对 水初生汽化压力的影响，致使泵安装高度偏 高是其中最主要的原因，也是设计人员没有 想到的。 基于以上两点考虑，我认为有必要对原 给水排水设计手册中的泵的安装高度的 确定做一个修正，即( 1 ) 式中的H z 应该取 图2 中水的初生汽化压力( 用H c 表示) 么h = H g H c h s
10、 Z s 么h ( 2 ) 3 实例说明 北京市第九水厂一分厂安装有六台供水 计算结果如表3 ： 不同含氯量、不同水位下 的泵装置汽蚀余量【4h i ( 1 1 1 ) 表3 泵，每台泵的汽蚀程度不同，其中2 撑、4 I j 泵 最为严重，蜂窝状的坑洞最深处达| O m m 之 深，l f f 、3 拌泵次之，5 撑、6 撑泵基本上没有汽蚀， 只是叶片的局部有发白的痕迹，没有汽蚀产 生的坑洞。六台泵的安装高度示意见图4 针对九厂泵的实际安装情况，我用两种方 法分别计算水泵在不同的吸水井水位( 安装 高度) 、不同含氯量下的装置汽蚀余量 么h ， 以便检验其计算值是否满足泵的汽蚀性能的 要求。即
11、： 【么h 么h + ( O 4 一一0 6 ) ( m ) 图4 北京市第九水厂一分厂供水泵安装高度示意图 Z s ( m )修正后的计算方法( 含氯量) ( 吸水井水位)0 5 m g L0 7 m g ，L0 9 m g L1 ，l m g 几I 3 t r I 叽 传统计算方法 5 5 3 ( 设计高水位) 1 0 1 51 0 0 2 89 9 1 89 6 7 79 4 4 21 5 5 9 3 8 6 ( 设计水位)8 4 88 3 5 88 2 4 88 ，0 0 77 7 7 2 1 3 9 2 3 68 2 28 0 9 87 9 8 87 7 4 77 5 1 21 3
12、6 6 3 2 7 8 27 6 97 5 8 87 3 4 77 1 1 21 3 2 6 2 77 3 27 1 97 0 8 86 8 4 7 6 6 1 2 1 2 7 6 2 O6 6 26 4 9 86 3 8 86 1 4 75 9 1 21 2 0 6 1 66 2 26 0 9 85 9 8 85 7 4 75 5 1 21 1 6 6 1 3 3 ( 设计低水位) 5 8 55 8 2 85 7 1 8 5 4 7 75 2 4 2 1 1 3 9 注：计算过程中没有计入吸入管路的损失。 中国土木工程学会水工些坌盒垫皇重曼全垫堡童些婴旦三姿堂查銮亟至全 笙茎叁 第九水厂每台
13、泵铭牌上的必需汽蚀余量 么h 为： 1 捍、3 撑泵：6 3 m 2 i f j 6 、4 j f 泵：7 6 8 m 5 撑、6 f 泵：5 5 m 通过以上计算，我们可以明显地看出： 吸水井水位在设计范围内变化时，按照传统 含氯量在O 5 1 3 m g L 时，不会发生 汽蚀，而在吸水井水位为2 0 m ，含氯量大于 0 9 m g L 时，【2 h I h ，不能满足泵的汽蚀 性能要求，泵将发生汽蚀。 ( 2 ) 2 撑、4 撑泵在吸水井水位为2 7 m 以 下，含氯量在O 5 1 3 m g L 时，泵始终处 于汽蚀工况。只有在吸水井水位为3 8 6 m 以 上，不会发生汽蚀。吸水井
14、水位在2 7 3 8 6 m 之间时，汽蚀情况随着加氯量的增加 而进一步恶化。 ( 3 ) 5 撑、6 f 泵，由于其必需汽蚀余量较 小，为5 5 m ，所以吸水井水位只要在1 6 m 以上，含氯量在O 5 1 3 m g L 时，均不会 发生汽蚀。只有在设计最低水位1 3 3 m ，且 含氯量在1 1m g L 以上时，才会有发生汽蚀 的可能。 ( 4 ) 对于九厂来说，由于供水量大，吸 水井 水位( 即泵的安装高度) 的一般情况是： 2 O 4 5 ( m ) 以上分析可见，5 拌、6 j f | 泵的抗汽蚀性能 最佳， 运行范围大，大大优于2 捍、4 泵，而1 、 3 撑的抗汽蚀性能界于
15、它们之间。目前九厂 5 7 的计算方法求出的【1 h 都远大于每台泵铭 牌上的必需汽蚀余量么h ，泵不应该发生汽 蚀。而采用修正后的计算方法求出的 么h ， 则能很好的解释泵产生不同程度汽蚀的原 因。 ( 1 ) l 群、3 群泵在吸水井水位为2 7 m 以 上， 2 、4 撑泵汽蚀严重，1 撑、3 捍泵次之，5 f j 6 、6 群 泵汽蚀情况相对较好的主要原因就在于此。 众所周知，由于泵的汽蚀，将导致泵的 效率下降，浪费电能。进行泵站设计时，合 理地确定泵的安装高度，对于现有的泵站来 说就是合理的调整吸水井水位，使泵保持在 一定的吸水井水位以上运行，达到节能降耗 的目的。以2 # 泵为例，其设计的最高效率为 9 2 ，可由于汽蚀严重，目前的最高效率仅为 7 8 。如果泵更换新叶轮后，保持在吸水井的 高水位运行泵的效率重新提高到9 2 ，那么 泵的供水单耗将从0 1 8 1 k w h m 3 降为O 1 6 4 k w h m 3 ，假设每天运行l O 小时，全年可累计 节省电耗9 1 5 8 5 8 k w h ，电价按0 5 元计算， 每年
