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【摘 要】当前大多数水厂提升泵都选用潜水离心泵，而泵实际的运行工况基本上都与泵自身设计上存在一定的偏差，实际扬程一般都低于设计扬程。一些水厂提升泵的实际扬程与设计扬程偏离较大，造成泵发生气蚀。这种现象也是普遍存在的。因此，计算出泵的实际扬程和气蚀余量是非常必要的。本文则以布吉污水厂的提升泵为例，通过计算出提升泵的实际扬程和气蚀余量来判断该泵是否发生气蚀现象。
【关键词】离心泵；潜水泵；扬程；气蚀；气蚀余量
1.提升泵基本情况
布吉污水厂双层池出水集水池中共有6台潜水泵，其型号和相关参数如下：
型号：KRTK 400-500/1656 UNG-S。
流量：752L/S（2707m3/h） 功率：165KW 扬程：16.5m ，实际出水液位提升高度：11.07m。
其中，1#、3#、6#提升泵为软启，2#、4#、5#为变频。运行累计时间：1#6520h，2#7294h，3#789h，4#6510h，5#6115h，6#5294h。
布吉污水厂由于是地下式污水厂，进水通过自重流入生化系统，提升泵集水池设在二沉池后，池底距最高液面仅3.8m，因此布吉厂提升泵运行液位设为2.8m。
当前，1#提升泵叶轮磨损严重已停止运行，其它提升泵除3#提升泵因为运行时间较少叶轮未出现磨损外，都出现了不同程度的磨损。因此需要对泵的实际气蚀余量进行计算，判断泵是否发生气蚀。
2.气蚀的原因
泵发生气蚀的主要原因是，泵叶轮中心处的压强等于或低于操作温度下的饱和蒸气压时，液体就会部分汽化产生气泡，并随液体流向高压区。在高压作用下，气泡迅速凝结或破裂。气泡消失处会产生局部真空，周围的液体以高速冲向原气泡中心，在冲击点产生极大的冲击力，冲击作用使泵体振动并产生噪音。若叶轮和泵壳局部处在巨大冲击力的反复作用下，材料表面产生疲劳。甚至出现蚀点和裂缝，是泵体遭到破坏。这种现象称为气蚀。
由此可见气蚀的根本原因是泵入口处压强等于或小于操作温度下的饱和蒸气压。若泵实际气蚀余量NPSHa（也称有效气蚀余量）>泵最小气蚀余量NPSHr，则入口处压强大于饱和蒸气压，不会发生气蚀。否则就会发生气蚀。工业上为安全起见，要求NPSHa-NPSHr>0.5m。
根据泵的性能曲线（见图1）来看，泵的NPSHr随着实际扬程的下降而上升，若实际扬程过低于设计扬程，会导致NPSHa< NPSHr，则会发生气蚀。虽然水泵扬程减小流量会增大，但是往往会造成泵最小气蚀余量过高，导致气蚀减少泵的使用寿命。因此，判断泵是否发生气蚀，首先要计算出泵的实际扬程，从而根据泵性能曲线找到最小气蚀余量，与泵实际气蚀余量比较，判断是否发生气蚀。
3.泵实际杨程和流量
由于布吉厂出水流量计离提升泵较远中间还经过纤维滤池和消毒池个构筑物，水头水损失较大。所以不能根据出水流量得到泵实际扬程。
采取的办法是通过现场对3#提升泵出水管点1处的压力测量（如图2）。
可以得到液体经过提升泵所获得的静压头差，再通过试差法和水泵性能曲线可以算出大概的实际水泵流量和扬程，实际计算过程如下：
已知，集水池液面到所测压力点之间距离=Z1-Z0=2.5m，所测压力（表压）P1=12.5m，管径D=0.8m，集水池液面压力P0=0m，流速U0=0 m/s。设提升泵流量=2700m3/h，则1处流速U1=2700/[3，14×（0.8/2）2×3600]=1.49m/s。
则，扬程H= Z1-Z0+P1-P0+（U12-U02）/2g+∑Hf（0-1）=15.11+∑Hf（0-1）>15.11m， 若忽略∑Hf（0-1），H=15.11m。
由提升泵性能曲线（图-1），得：
扬程H=15.11m时，进水流量Q=800L/S=2880m3/h。通过试差法用Q=800L/S=2880m3/h重新计算U1=1.59m/s，扬程H=15.13m，与15.11m十分接近。因此提升泵实际流量Q=2880m3/h，扬程=15.11m。
由于（2880-2707）×100%/ 2707=6.3%<15%，所以布吉厂提升泵的流量和扬程都控制在合理范围内。
实际上，若考虑∑Hf（0-1），实际扬程和流量回更接近提升泵设计值。
4.关于提升泵NPSHa的计算
4.1 理论依据
如图3，P1、u1为泵入口处压强和流速，PV为工作条件下饱和蒸气压，Hg为泵入口离液面的高度，P0为大气压强。∑Hf，0-1为液面到入口处的管路阻力损失。
∑Hf，0-1≈0，Hg=-2.5m，25oC饱和蒸汽压为0.32m，所以实际NPSHa=10.13+2.5-0-0.32
=12.31m。
4.3 最小气蚀余量NPSHr的确定
提升泵的流量和扬程经过确定为2880m3/h和15.11m，由提升泵的性能曲线（见图1）
得到，NPSHr=10m，NPSHa- NPSHr=2.5m>0.5m。所以从计算结果上看，不会发生气蚀。
5.总结
综上所述，通过一系列计算可知，布吉厂提升泵叶轮的磨损情况并非是因为发生气蚀造成，具体原因可能跟叶轮的材质有关，还要在下一步工作中进行确定。
潜水离心泵由于本身处于液下比起卧式离心泵实际气蚀余量要高出不少，但是有些厂泵运行液位较低（如布吉厂运行液位为2.8m），在加上实际扬程与设计扬程偏差较远，还是存在着气蚀的风险。因此在为运行液位较低提升泵选型时，设计扬程不宜过高。
当然，对于卧式离心泵，更要注重泵的安装高度，防止发生气蚀。
【关键词】离心泵；潜水泵；扬程；气蚀；气蚀余量
1.提升泵基本情况
布吉污水厂双层池出水集水池中共有6台潜水泵，其型号和相关参数如下：
型号：KRTK 400-500/1656 UNG-S。
流量：752L/S（2707m3/h） 功率：165KW 扬程：16.5m ，实际出水液位提升高度：11.07m。
其中，1#、3#、6#提升泵为软启，2#、4#、5#为变频。运行累计时间：1#6520h，2#7294h，3#789h，4#6510h，5#6115h，6#5294h。
布吉污水厂由于是地下式污水厂，进水通过自重流入生化系统，提升泵集水池设在二沉池后，池底距最高液面仅3.8m，因此布吉厂提升泵运行液位设为2.8m。
当前，1#提升泵叶轮磨损严重已停止运行，其它提升泵除3#提升泵因为运行时间较少叶轮未出现磨损外，都出现了不同程度的磨损。因此需要对泵的实际气蚀余量进行计算，判断泵是否发生气蚀。
2.气蚀的原因
泵发生气蚀的主要原因是，泵叶轮中心处的压强等于或低于操作温度下的饱和蒸气压时，液体就会部分汽化产生气泡，并随液体流向高压区。在高压作用下，气泡迅速凝结或破裂。气泡消失处会产生局部真空，周围的液体以高速冲向原气泡中心，在冲击点产生极大的冲击力，冲击作用使泵体振动并产生噪音。若叶轮和泵壳局部处在巨大冲击力的反复作用下，材料表面产生疲劳。甚至出现蚀点和裂缝，是泵体遭到破坏。这种现象称为气蚀。
由此可见气蚀的根本原因是泵入口处压强等于或小于操作温度下的饱和蒸气压。若泵实际气蚀余量NPSHa（也称有效气蚀余量）>泵最小气蚀余量NPSHr，则入口处压强大于饱和蒸气压，不会发生气蚀。否则就会发生气蚀。工业上为安全起见，要求NPSHa-NPSHr>0.5m。
根据泵的性能曲线（见图1）来看，泵的NPSHr随着实际扬程的下降而上升，若实际扬程过低于设计扬程，会导致NPSHa< NPSHr，则会发生气蚀。虽然水泵扬程减小流量会增大，但是往往会造成泵最小气蚀余量过高，导致气蚀减少泵的使用寿命。因此，判断泵是否发生气蚀，首先要计算出泵的实际扬程，从而根据泵性能曲线找到最小气蚀余量，与泵实际气蚀余量比较，判断是否发生气蚀。
3.泵实际杨程和流量
由于布吉厂出水流量计离提升泵较远中间还经过纤维滤池和消毒池个构筑物，水头水损失较大。所以不能根据出水流量得到泵实际扬程。
采取的办法是通过现场对3#提升泵出水管点1处的压力测量（如图2）。
可以得到液体经过提升泵所获得的静压头差，再通过试差法和水泵性能曲线可以算出大概的实际水泵流量和扬程，实际计算过程如下：
已知，集水池液面到所测压力点之间距离=Z1-Z0=2.5m，所测压力（表压）P1=12.5m，管径D=0.8m，集水池液面压力P0=0m，流速U0=0 m/s。设提升泵流量=2700m3/h，则1处流速U1=2700/[3，14×（0.8/2）2×3600]=1.49m/s。
则，扬程H= Z1-Z0+P1-P0+（U12-U02）/2g+∑Hf（0-1）=15.11+∑Hf（0-1）>15.11m， 若忽略∑Hf（0-1），H=15.11m。
由提升泵性能曲线（图-1），得：
扬程H=15.11m时，进水流量Q=800L/S=2880m3/h。通过试差法用Q=800L/S=2880m3/h重新计算U1=1.59m/s，扬程H=15.13m，与15.11m十分接近。因此提升泵实际流量Q=2880m3/h，扬程=15.11m。
由于（2880-2707）×100%/ 2707=6.3%<15%，所以布吉厂提升泵的流量和扬程都控制在合理范围内。
实际上，若考虑∑Hf（0-1），实际扬程和流量回更接近提升泵设计值。
4.关于提升泵NPSHa的计算
4.1 理论依据
如图3，P1、u1为泵入口处压强和流速，PV为工作条件下饱和蒸气压，Hg为泵入口离液面的高度，P0为大气压强。∑Hf，0-1为液面到入口处的管路阻力损失。
∑Hf，0-1≈0，Hg=-2.5m，25oC饱和蒸汽压为0.32m，所以实际NPSHa=10.13+2.5-0-0.32
=12.31m。
4.3 最小气蚀余量NPSHr的确定
提升泵的流量和扬程经过确定为2880m3/h和15.11m，由提升泵的性能曲线（见图1）
得到，NPSHr=10m，NPSHa- NPSHr=2.5m>0.5m。所以从计算结果上看，不会发生气蚀。
5.总结
综上所述，通过一系列计算可知，布吉厂提升泵叶轮的磨损情况并非是因为发生气蚀造成，具体原因可能跟叶轮的材质有关，还要在下一步工作中进行确定。
潜水离心泵由于本身处于液下比起卧式离心泵实际气蚀余量要高出不少，但是有些厂泵运行液位较低（如布吉厂运行液位为2.8m），在加上实际扬程与设计扬程偏差较远，还是存在着气蚀的风险。因此在为运行液位较低提升泵选型时，设计扬程不宜过高。
当然，对于卧式离心泵，更要注重泵的安装高度，防止发生气蚀。