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泵站运行工（机械部分）广东水利电力职业技术学院 宋海辉,第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节 水泵的汽蚀及其危害,一、水泵汽蚀 1 汽蚀的概念汽蚀是水力机械中的一种异常现象。水的汽化与温度和压力有关。在一定的温度下，水开始汽化的临界压力称为该温度下的饱和汽化压力。水在不同水温下的饱和汽化压力见下表。水泵运行时，由于某些原因而使泵内局部位置的压力降低到水的饱和汽化压力时，水产生汽化，并产生大量汽泡。从水中离析出来的大量汽泡随着水流向前运动，达到高压区时受到周围液体的挤压而溃灭，气泡又重新凝结成水。汽泡破灭时，水流质点从四周以高速向气泡中心冲击，产生强烈的局部水锤。这种现象就是水泵的汽蚀现象。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节 水泵的汽蚀及其危害,汽化与汽蚀的机理 汽化：常温状态下，液体压力低于汽化压力而发生的汽化现象。汽蚀：空化发生时，液体对于固体边壁所形成的损伤破坏。汽蚀（空蚀）机理空蚀机理：已形成的液体空泡，再进入高压区时，会突然凝聚溃灭。而此溃灭过程会产生冲击力等伴随现象（机械作用、电化作用、化学作用），从而对过流边壁构成损伤破坏。空泡溃灭实验照片：,第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节 水泵的汽蚀及其危害,1、机械作用：（1）冲击波作用（水锤击打）；（2）微射流作用（水流高速进出缝隙）2、电化作用：冷热两端形成热电偶，产生热电势 3、化学作用：高温氧化 4、联合作用：前述三种联合作用，空蚀与泥沙磨损联合作用空蚀原因液体环境压力降低是空化发生的外部条件。水流低压条件可因翼型绕流、间隙流动、旋涡流动等情况形成。液体“空化核”的存在是空化发生的内在原因。空化核：液体中存在的不可溶性微小气泡。由于相对大的尺寸，空化核的抗拉强度很低。单独存在的微小气泡或微小气团 空化核存在形式：,第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节 水泵的汽蚀及其危害,第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节 水泵的汽蚀及其危害,2 汽蚀的类型水泵常见汽蚀有三种类型。(1）叶面型汽蚀叶面型汽蚀是发生在叶片表面的汽蚀。汽蚀发生在叶片正面、背面或前盖板的内表面等部位，如图 所示。离心泵在大流量时，叶面汽蚀发生在 1、4、3 几个部位，小流量时，发生在 2、4、1 几个部位。轴流泵在大流量时叶面汽蚀发生在叶片的正面，小流量时发生在叶片的背面。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节 水泵的汽蚀及其危害,（2）间隙汽蚀间隙汽蚀发生在轴流泵叶轮中心线相应的轮毂上，同时也发生在叶片的端部，如图 4316 所示。在离心泵的减漏环与叶轮边缘间隙处，亦会引起间隙型汽蚀。（3）涡带汽蚀涡带型汽蚀是由于进水池设计不当，造成了在水泵的进口处水流的紊乱和旋涡，产生了涡带，把大量的气体周期性地带入泵内，助长或加重了叶面汽蚀。（二）汽蚀的危害 1 水泵性能恶化水泵发生汽蚀时，因水流中含有气泡，引起水泵的性能恶化：离心泵叶槽狭长，宽度较小，气泡迅速占据部分槽道甚至全部槽道，使水流的连续性遭到破坏，引起水流的阻断，水泵的QH 曲线急剧下降，造成水泵的效率随着降低，图317（a）所示。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节 水泵的汽蚀及其危害,混流泵，由于叶槽较宽，气泡占据叶槽断面的某一部分，故出现QH 曲线较平坦的下降，效率的下降也较为缓慢，图317 示。轴流泵的叶槽粗短，汽蚀区不易侵入整个叶槽，因此QH 曲线几乎均匀下降，而且缓慢，无明显断裂现象，图317 示。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第一节 水泵的汽蚀及其危害,2 水泵过流部件发生破坏机械破坏作用、化学破坏作用、电化破坏作用，水中含泥沙较多时，还伴随着磨蚀破坏。如图318示。3 产生噪音和振动水泵发生汽蚀时，水流质点互相碰撞和挤压，会产生剧烈的振动，造成机组零部件的破坏，严重时水泵不能抽水，甚至造成水泵装置和泵房结构的破坏，危及建筑物的安全。由于气泡振动和破灭产生噪音，危害泵站中运行操作人员的健康。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节 水泵的汽蚀性能,一、汽蚀基本方程泵在运行时是否产生汽蚀，与泵本身抗汽蚀性能、泵吸水装置系统等因素有关。离心泵的吸水装置及水流绕流叶片头部时的压力变化如图所示。在叶片背面靠进口的 k 点处压力最低，k 点是水泵内最容易产生汽蚀的点，水泵是否会产生汽蚀，取决于 k 点处的压力值。当 k 点处的压力值下降到该泵工作水温下的饱和汽化压力 p 汽时，水泵处于汽蚀的临界状态，汽蚀基本方程正是表征水泵汽蚀条件与影响诸因素之间的关系式，其表达式如下：式中 ps 水泵进口的绝对压力，kPa;vs、v0 泵进口和叶片进口水流的平均流速，m/S;w1 叶片进口水流的相对流速，m/S;、2 与泵吸入室结构及叶轮入口几何形状等有关的压降系数。,水流绕流叶片头部时的压力变化,k,1、进水池水面大气压Pa；2、进入叶轮后水流相对速度 w；3、叶片背面靠近进口处压力最低值k点。以泵轴线的水平面为基准面，列水泵进口ss断面与叶片进口1 1断面的能量方程:,列叶片进口11断面与叶面上压力最低点k的相对运动能量方程:,一、汽蚀基本方程将2式代入1式,可得:对方程进行简化及变换后，方程为：当 pk=p 汽时，泵内开始发生汽蚀，将 p 汽代入上式得：上式就是表征叶片泵汽蚀条件与影响汽蚀诸因素之间的关系式，称汽蚀基本方程。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节 水泵的汽蚀性能,二、汽蚀余量汽蚀余量有两种：一是装置汽蚀余量；另一是必需汽蚀余量。1 装置汽蚀余量（NPSH)a装置汽蚀余量是指水泵吸水管路系统给予水泵进口处超过汽化压力水头的能量（就是水流在进入水泵进口前超过汽化压力水头的可供使用的能量），汽蚀基本方程左边即为装置汽蚀余量，用符号（NPSH)a表示。可知，（NPSH)a就是进水池绝对压力水头超过水流的汽化压值,将水提高到 H 吸，并克服进水管路的水头损失 h吸后的剩余水头。它与进水池水面的大气压力、饱和汽化压力、水泵的吸水高度和进水管路的水头损失等有关，与水泵的自身构造无关。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节 水泵的汽蚀性能,2 必需汽蚀余量（NPSH)r 为了使泵不发生汽蚀，泵进口处压力最低点 k必需具有的超过饱和汽化压力水头的最小能量称必需汽蚀余量（NPSH)r。当 k 点的压力下降到等于泵工作温度下的饱和汽化压力时，此时的汽蚀余量称临界汽蚀余量（NPSH)c。当（NPSH)a（NPSH)c时，装置给水泵提供的汽蚀余量大于该泵临界汽蚀余量，水泵不至于发生汽蚀。当（NPSH)a=（NPSH)c时，处于临界状态，泵开始发生汽蚀。当（NPSH)a（NPSH)c时，泵内发生汽蚀，泵运行不安全。泵的汽蚀试验是在保持一定的转速和流量下，改变水泵装置情况，当泵内开始发生汽蚀时的装置汽蚀余量（NPSH)a即为临界汽蚀余量（NPSH)c。为了保证水泵安全工作，加0.3m 安全量作为不产生汽蚀需要的最小汽蚀余量，即必需汽蚀余量（NPSH)r。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节 水泵的汽蚀性能,必需汽蚀余量（NPSH)r，是表征水泵汽蚀性能的参数，是计算水泵安装高程的依据。在相同的流量和转速条件下，（NPSH)r值愈小，泵的抗汽蚀性能愈好；反之抗汽蚀性能就愈差。为了使泵不发生汽蚀，必须使（NPSH)a（NPSH)r。三、吸上真空高度 1 吸上真空高度吸上真空高度是指水泵进口处水流的绝对压力水头 小于大气压力的值,即安装在水泵进口处真空表的读数，用符号Hs表示。可见 Hs 是随着水泵吸水高度 H吸的增加而增加的，当 H吸值增加到某一个值时，水泵就要发生汽蚀，这时得到的 Hs 值称最大吸上真空高度，又称临界吸上真空高度，以符号 Hsc 表示。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第二节 水泵的汽蚀性能,为了避免汽蚀现象的发生，同时又要尽可能具有较大的吸上真空高度，规定留有0.3m 的安全余量，即Hsa为允许吸上真空高度，m。水泵的允许吸上真空高度 Hsa 值越高，说明抗汽蚀性能越好。水泵运行时的吸上真空高度 Hs 不应超过规定的Hsa值。2 允许吸上真空高度与必需汽蚀余量的关系,第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节 水泵安装高程的确定,水泵基准面高程称为水泵的安装高程。水泵安装得过低，泵房土建投资增大，施工难度增加；过高则水泵产生汽蚀。只有合理确定水泵的安装高程，才能尽量降低泵站的造价，保证水泵的正常运行，防止汽蚀现象的发生。一、用必须汽蚀余量（NPSH)r计算 H允吸水泵厂提供的（NPSH)r，是额定转速时的值，若水泵工作转数nl与额定转数n不同，则按下式修正二、用允许吸上真空高度Hsa计算 H允吸水泵厂的提供的Hsa值，是在标准状况下，在额定转速下以抽清水测得的。当水泵的使用条件为非标准状况时，应进行下列修正。,叶片泵的基准面,第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节 水泵安装高程的确定,三、水泵安装高程的确定水泵的安装高程为 水泵基准面高程和进水池最低运行水位，m。（NPSH)r、Hsa 应按水泵运行时可能出现的最大、最小净扬程所对应的（NPSH)r或 Hsa值进行计算，将算出的 H允吸加上相应进水池的水位，得到最大、最小净扬程时的安装高程，然后进行比较，选最低的值作为水泵的安装高程。如果算出的 H允吸为正值，表示该水泵可以安装在进水池水面以上，但立式轴流泵为便于启动和使管口不产生有害的旋涡，要求叶轮的中心线淹没于水面以下 0.51.0m。若 H允吸为负值，表示该水泵必须安装在水面以下，其淹没深度不小于上述求得的数值，且不小于 0.51.0m。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节减轻汽蚀的措施,防治或减轻汽蚀的措施，除了从设计、制造等方面加以改善外，对用户来说应从泵站规划设计和运行管理等方面加以考虑。1 正确确定水泵安装高程确定水泵安装高程时，应使水泵在任何工况下，装置汽蚀余量（NPSH）a大于水泵的必需汽蚀余量（NPSH)r，或者水泵的吸上真空高度HS，小于水泵的允许吸上真空高度HSa。2 正确设计进水池进水池内的水流要平稳均匀，不产生漩涡和偏流，否则使泵的汽蚀性能变坏。此外，要及时清除进水池的污物和淤泥，使水流畅通，流态均匀，还要保证进水喇叭口有足够的淹没深度。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节减轻汽蚀的措施,3 正确设计进水管道进水管道应尽可能地短，减少不必要的管路附件，如底阀、弯管，闸阀等，适当加大管径，以减少进水管道的水头损失，提高装置汽蚀余量。经常保持拦污栅的畅通4 正确进行工况调节调节水泵的运行工况可以减轻汽蚀，对于离心泵适当减少流量使工况点向左移动可减少（NPSH)r，或增大HSa；对于轴流泵、导叶式混流泵以及大型立式全调节蜗壳混流泵，可调节叶片安装角，使工况点移到（NPSH)r值较小的区域。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节减轻汽蚀的措施,5 提高泵进口的压力给水泵进水管道增压，例如把离心泵出水管的水引入进水管，并用喷嘴增压，可以提高装置汽蚀余量，减轻汽蚀危害。此法仅适于水位变化较大而水泵安装高程又不能降低的泵站。6 控制水源含沙量从多沙河流取水的泵站，因水中含沙量大，会加剧过流部件的摩损并使水泵汽蚀性能恶化。因此，水源含沙量必需加以控制。7提高叶面光洁度叶面光洁度对抗汽蚀性能有一定影响，叶片表面粗糙，会引起漩涡，招致汽蚀。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节减轻汽蚀的措施,8 及时进行涂敷与修复如果水泵过流部件己出现剥蚀，可采用金属或非金属材料在剥蚀部位及时涂敷修复，非金属材料包括环氧材料，复合尼龙、53-A 涂料等。涂敷修复后的叶轮，抗剥蚀和磨损的能力均大大提高，不仅延长了叶轮使用寿命而且提高了效率。对剥蚀和抗磨损伤痕亦可进行补焊修复。9.降低水泵转速汽蚀性能参数与转速的平方成正比，降低水泵的转速，可使 H允吸增大，从而避免或减轻水泵汽蚀。这种方法对于直接传动，特别是对于采用同步电动机的机组很困难。10.适当车大水泵叶轮进口直径。这种方法仅适合于离心泵和混流泵，对轴流泵则不宜采用。,第三章水泵的汽蚀与安装高程第三节减轻汽蚀的措施,11.尽量使水泵在额定工况下运行如果水泵选择不合理，水泵可能经常处于低于额定扬程下工作，使水泵流量超过额定流量。这不仅使 Hs 降低，而且会使吸水管的阻力损失 h吸损和水泵进口断面的平均流速 vl 增加，从而降低允许的吸上高度。水泵选择不合理时，还可能通过增速来加大水泵的扬程和流量，这也会使水泵的汽蚀性能变坏。因此，水泵不应随意在降低扬程或提高转速的情况下运行。12 在汽蚀区补气在泵进水侧补进适量空气，可以缓和空泡破灭时的冲击力，并减小汽蚀区的真空度，从而减轻汽蚀的程度。据试验表明，补入空气量为流量的 0.1时，对水泵效率并无影响，而对减轻汽蚀现象则有明显效果。但补气过大时，也会降低水泵效率。因此，采用这种方法时，应该严格控制补气量的大小。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,一、单泵运行时的工况点通过对离心泵基本性能曲线分析，可以看出，每一台水泵在一定的转速下，都有它自己固有的特性曲线，此曲线反映了该水泵本身潜在的工作能力。这种潜在的工作能力，在现实泵站的运行中，就表现为瞬时的实际出水量(Q)、扬程(H)、轴功率(N)以及效率()值等。我们把这些值在QH曲线、QN曲线、以及Q一曲线上的具体位置，称为该水泵装置的瞬时工况点，它表示了该水泵在此瞬时的实际工作能力。,第一节叶片泵运行时的工况点,泵站中决定离心泵装置工况点的因素有3个方面：1水泵本身的型号；2水泵运行的实际转速；3输配水管路系统的布置以及进、出水池的水位。下面我们将对水泵在定速运行情况下以及调节运行情况下，工况点的确定以及影响工况点的诸因素分别进行讨论。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,1 管路特性曲线（图示),第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,2 抽水系统中泵工作点的确定（1）图解法：解法：a、绘水泵性能曲线QH；b、绘管道特性曲线QH需；C、两曲线相交点M称为水泵装置工况点（工作点），此时，M点对应横坐标QA和纵坐标HA分别为水泵装置的出水量和扬程。,装置工况点,（2）数解法泵的工作点也可由泵的特性方程和管路特性方程式联立求解而得。水泵性能曲线QH方程和管道系统特性曲线QH需方程联合求解可求。即 H=f(Q)H=HST+SQ2 一般水泵厂仅提供QH曲线的高效段，设方程为 H=H0-hx=H0-S0Q2 H0水泵Q=0时的虚扬程由于QH曲线的高效段已知，可在曲线上设两点（Q1，H1和Q2，H2），求,第一节 泵的运行特性和调节,第一节 泵的运行特性和调节,两方程联合求解，得,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,（3）电算法：电算法求解准确而迅速，特别是对多种抽水系统进行工作点的优选时，求解更为方便。,第一节 泵的运行特性和调节,3、离心泵工作点的校核 离心泵在此工作点工作是否正常，主要从以下几点进行校核：（1）流量和扬程是否满足使用要求；（2）水泵是否在高效区工作；（3）水泵不超载或空载；（4）水泵不发生汽蚀。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,二、泵的并联和串联运行多台泵出水汇入一条共用的出水管中称泵的并联运行。泵的串联运行是指前一台（第一级）泵的出水管接在后一台（第二级）泵的进水管，依次相接，由最后一台泵（末级）将水压送至出水管路。（一）水泵的并联运行 1 同型号泵并联时工作点的确定先绘出并联后的水泵特性曲线（只要在同一扬程下将一台泵的Q H 曲线的横坐标（即流量）2 倍即可求出，再绘制管路特性曲线。如图所示,同型号水泵并联工作,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,（三）水泵的串联运行如有两台同型号泵串联，则串联后泵的特性曲线是一台泵Q H 曲线在同一流量时的纵坐标相加即得，它和管路特性曲线Q H需的交点 A 即为串联后的工作点，串联后泵组的效率和单台泵的效率相等。（泵串联时工况分析图）如两台泵型号不同，则分别绘出泵的（QH）I和（QH）曲线，在同一流量下将其纵坐标对应叠加，即得串联后的（QH）I+。曲线。在实际应用中应注意：因为泵壳及其部件是按一定受压强度而设计的，如果串联台数过多，后级泵的材质强度可能不足而会导致部件的损坏。所以采用串联装置型式必需进行泵的强度验算。另外采用不同型号泵串联时，由于各泵通过的流量相同，所以各泵的额定流量应相近。,泵串联时工况分析图,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,三、泵的不稳定运行泵的不稳定运行是指因一些偶然因素，如水位、流量、转速等微量变化或因振动等而发生工作点的漂移，导致泵的流量忽大忽小的一种波动现象。它对泵的运行是极为不利的。对于一般陡降、缓降型QH曲线，一般不会出现这种异常情况。不稳定工况多发生在泵的Q H 曲线有驼峰的流量上升段或轴流泵Q H曲线马鞍形区段。图 4 一 16 为有上升段和马鞍形Q H曲线。如果工作点为 A0，则该点是不稳定的，因流量口的微量增大，工作点就移至 A1；流量微量减小，工作点移至 A2 而使泵停止出水图416(a)，或流量从QA、降为QA2 图4 一 16(b)。为满足泵的稳定运行，其Q H曲线上所有各点都应满足以下条件：,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,四、泵的运行效率在泵的实际选用中，要求抽水系统即能满足扬程和流量的需要，又要尽力节约能源达到经济运行的目的。为此首先应使泵运行工作点落在高效区。但如果其管路系统配置不当水力阻力较大，则其效能仍得不到充分发挥和导致能源的浪费。衡量管路配置是否经济合理可用所谓管路效率予以判断。（一）管路效率管路效率指抽水装置的输出功率 N出和泵有效功率 N效之比的百分数，即管路漏损流量忽略不计时，则当 H 净不变时，管路效率 随管路损失水头 h 损的减小而增大 如图为管路效率和运行效率图,管路效率和运行效率,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,（二）运行效率运行效率是抽水装置的输出功率和泵轴功率之比的百分数，即它综合反映了泵及其管路系统对输入功率的有效利用率。为运行经济，显然应使水泵效率和管路效率的乘积为最大，即其运行效率为最大。位于额定点以右的工作点对应的运行效率大于额定点所对应的运行效率，ns 越大，运行效率提高越显著。当工作点位于额定点以左时，随着Q的减小，即其运行效率小于额定的，Q越小，运行效率降低越甚，因此应尽力避免水泵工作点偏离额定点以左过远。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,结论：如果泵在额定点以左或额定点运行且运行效率偏低，可设法减少管路水力损失使管路特性曲线变缓将工作点右移以提高管路效率。采取适当增大管径，缩短管长，取消底阀，减小局部阻力等措施以提高其运行效率，这对比转速 ns较高的水泵效果尤为显著。,五、水泵运行工作点的调节水泵的工况点调节方法原理：水泵运行工作点，主要是由水泵的性能曲线和管路系统特性曲线的交点确定的，当水泵的工作点不符合流量要求时或不在高效区运行时，可以改变水泵的性能曲线或管路系统特性曲线的方法移动工作点，达到符合用水要求和经济运行的目的，此法称为水泵的工况点调节。,第一节 泵的运行特性和调节,叶片泵的工况点调节,Q,QH,第三节 叶片泵的工况点调节,水泵的工况点调节方法有：1、节流调节；改变水泵出水闸阀的开启度来进行调节。缺点：消耗能量大。但方便易行。2、变速调节；实现方法：采用可变电动机或可变速传动设备。3、变径调节（车削调节）；,（一）节流调节 改变出水管路中闸阀的开启度，可以使管路系统性能改变，达到调节工况的目的。称节流调节。当出水管路上装有闸阀时，可通过改变其开度以调节泵的工作点。闸阀关小，管路中的局部水头损失增加，管路系统性能曲线向左上方移动，工况点也向左上方移动。闸阀关得越小，局部水头损失越大，流量也就越小。节流调节不仅造成额外损失，还减少了出水量，不经济。但因简单易行，在水能实验中仍被广泛采用。在实践中，离心泵机组常用闸阀来调节流量，防止过载和汽蚀。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,节流调节原理：当闸阀部分开启时，会引起附加的损失水头 hv，其表达式为 Kv 闸阀特性系数,闸阀阻力特性曲线和节流调节原理图,叶片泵的工况点调节,Q,QH,QH需1,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,如图可以看出，随着 的减小闸阀阻力特性曲线也变得越来越陡。如果把关阀而引起的此项局部阻力也计入整个管路损失水头中，则管路特性曲线也随闸阀开度的减小而变陡。水泵工作点将从 A0逐渐向左移动，这样即可达到流量调节的目的。虽然闸阀调节会使总水头增大，降低管路效率，致使水泵运行效率下降，但这种调节方法简单易行，特别对水泵工作点偏离额定点以右较远时，运行中可能使动力机超载，这时可用闸阀调节使工作点左移。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,（二）分流调节利用出水管上的支管分出部分流量以调节泵的工作点。如图所示，在出水管 C 点装一支管 CD，上安有闸阀 V 用以调节支管通过的流量。设闸阀 V 全开时其阻力特性曲线为(Q-h损)CD,CE 段管路特性曲线为（Q-H需)CE，以上水面为基线作水平线交（Q-h损)CD 曲线于 F 点，从 F 点开始将曲线（Q-H需)CE 对应叠加在（Q-h损)CD 曲线上得（Q-H需)CD+CE 曲线 它和泵Q-H曲线的交点 A0即为所求的工作点。从该点作水平线分别和（Q-H需)CE和(Q-h损)CD曲线相交，交点所对应的流量Q0和 q0即为泵实际供给 E 池的流量和由支管分流的流量，如Q0偏小或对应的效率偏低，可采用调节支管上闸阀开度的方法将工作点左移。如图4-22 中曲线 R（虚线）为支管上闸阀开度减小后所得的管路阻力特性曲线。,分流调节原理图,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,（三）变速调节 利用改变水泵转速的方法达到改变泵工作点的目的称变速调节。水泵是根据一定转速设计的，一般不应轻易改变，但有时从运行经济方面考虑，可在一定范围内予以增减。转速改变后，泵的其它工作参数都随之相应改变。在相似工况下，它们的变化量是按比例律公式来计算。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,现对变速调节原理和方法分二种情况加以说明。(1)如果已知泵额定转速n0时的Q-H 曲线及其对应的工作点 A0处的流量Q0偏大，效率偏低，需将流量Q0减为Q1,现采用变速调节，水泵转速应降至多少。首先在Q-H需曲线上找出对应Q1的 A1点，并设满足这一流量的转速为n1,然后再根据 A1求出与其相对应的在原Q-H 曲线上的相似工况点，最后再利用 A 1和 点对应的流量或扬程根据比例律公式求出n1来。点和 A1点应在同一条相似抛物线上。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,求出相似抛物线常数C(H1/),再根据相关公式即 H=C 绘出相似抛物线，该线与原Q-H曲线的交点即为,利用比例律公式 即可求出 A 1点相对应的n1来。,变速调节工作点方法之一,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,(2)如果水泵工作点 A0对应的泵效率值偏低，现欲调节工作点使其在水泵最优工况下运行，问泵的转速应调节到多少？设水泵在原转速 n0时额定点为 AR，其流量、扬程分别为QR、HR,通过 A R作相似抛物线 OR，该线和Q-H 需的交点 A1，对应的流量和扬程为Q1和H1。根据 AR和 A1两点的流量或扬程及转速n0，利用比例律公式即可求出对应于 A1点的转速 n1值。A1点就是转速为 n1时泵的最优工作点，其流量为Q1，水泵效率最高，抛物线OR 称之为最优相似工况抛物线。,变速调节工作点方法之二,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,变速调节应该注意:(1)水泵转速下降幅度不宜超过额定转速的 30%，因降速过多，实际的等效率曲线已偏离相似抛物线较远，泵效率下降较大，应用比例律公式将引起较大的误差。(2)当泵提高转速时，不宜超过额定转速的 10%，否则可能造成动力机超载，水压升高、机组振动，损坏设备。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,（四）变径调节 不改变泵的转速和结构，仅将叶轮外径 D2 适当车削减小，以改变水泵的工作点，称为变径调节。叶轮车小后，泵的工作参数值将相应减小，此时应先求出车削量与其工作参数间的关系。叶轮车削公式:它反映了泵叶轮车削变小后，其工作参数的变化规律。这种车削叶轮的变径调节方法，既可用以变更泵的工作点又可扩大该型泵的使用范围，且简单易行，在实际中常被采用。,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,根据国内外的实验和运行经验，叶轮外径车削量应不超过下表所列数值，否则水泵效率降低较多，运行不够经济。例题：如图 4一28 所示，设泵叶轮外径为 D2，其工作点 A0对应的效率偏低。为提高泵效率，采用变径调节，求出当工作点由 A0移至流量为Q1的 A1点，叶轮外径的车削量是多少。(图例)首先求出车削抛物线，找出 点（其方法和变速调节类似，即由车削公式消去 D2/D2a）得：即CD 车削抛物线常数，可根据已知点A1的流量和扬程求得。利用上式绘出通过A1点的车削抛物线,第四章 水泵机组运行、测试第一节 泵的运行特性和调节,它和原叶轮外径为 D2 时的QH 曲线交于 点，其对应流量和扬程分别为 和。因 点叶轮外径 D2 为已知，则对连、A1两点可根据叶轮车削公式求出对应于A1时的叶轮外径D2a,于是车削量为:D=D2-D2a因 A1点对应的水泵效率高，管路损失水头小，所以管路效率也高，从而提高了运行效率,变径调节原理图,应用切削律，应注意几个问题：,1、水泵叶轮的切削应有一定的限量；2、对于不同构造的叶轮切削时，应采取不同的方式。低比转数的叶轮，切削量对叶轮前后两盖板和叶片都是一样的；对于高比转数离心泵叶轮，则切削量不同，后盖板的切削量应大于前盖板；3、离心泵叶轮切削后，其叶片的出水舌端就显得比较厚。如能沿叶片弧面在一定的长度内锉掉一层，则可改善叶轮的工作性能。4、叶轮切削是解决水泵类型、规格的有限性与供水对象要求的多样性之间矛盾的一种方法，它使水泵的使用范围扩大。,泵的工作范围,（五）变角调节改变叶片安装角度可以使水泵性能改变，达到调节水泵工况的目的。这种调节方法称变角调节。它适用于叶片可调节的轴流泵与棍流泵。,安装角,第四章 水泵机组运行、测试第二节水泵机组的试运行,水泵机组的试运行适用于：新装机组长期停用的机组大修后的机组一、试运行的目的和内容二、试运行的程序参考泵站机电设备维修工与泵站运行工P288P295,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,一、运行方式水泵机组的运行方式是决定水系统管理方式的重要因素。在任何情况下，决定运行操作方式以及操作方法，都必须根据水泵机组的规模、使用目的、使用条件及使用的频繁程度等确定，并使水泵机组安全可靠而又经济地运行。一般条件下，水泵运行过程中从开始启动到停机操作完毕，主水泵及辅助设备的操作都是逐项进行的，但也有采取各机组单台联动操作或多台联动操作的，必要时由计量测试装置发出相应的指令进行自动开停机操作。究竟采用何种操作方式，必须从水泵总体的水管理方式出发，视其重要性、设施的规模、作用、管理体制等确定。运行方式有手动操作（单独、联动操作）和自动操作两大类。运行方式按照操作场所分：机旁操作、集中控制操作和遥控操作,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,二、机组的运行及维护（一）运行1 对于季节性运行的排灌泵站，在机组投入正常的排灌作业前，要进行试运行，并应检查前池的淤积、管路支承、管体的完整以及各仪表和安全保护设施等情况。2 开启引水闸门，使前池水位达设计水位，开启吸水管路上的闸阀（负值吸水时），或抽真空进行充水；启动补偿器或其他启动设备启动机组，当机组达到额定转速，压力超过额定压力后（指离心泵机组），逐渐开启出水管路上的闸阀，使机组投入正常运行。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,3 观察机组运行时的响声是否正常。如发现过大的振动或机械撞击声，应立即停机进行检修。4 经常观察前池的水位情况，清理拦污栅上堵塞的枯枝、杂草、冰屑等，并观测水流的含沙量与水泵性能参数的关系。5 检查水泵轴封装置的水封情况。正常运行的水泵，从轴封装置中渗漏的水量以每分钟 30 滴左右为宜。,6 检查轴承的温度情况。经常触摸轴承外壳是否烫手，轴承温度是否过高。轴承的温升，一般不得超过周围环境温度 35，轴承的温度最高不得超过 75。运行中应对冷却水系统的水量、水压经常观察。另外，对润滑油的油量、油质、油管是否堵塞以及油环是否转动灵活，也应经常观察。7 注意真空表和压力表的读数是否正常。正常情况下，开机后真空表和压力表的指针偏转一定数值后，就不再移动，说明水泵运行已经稳定。8 机组运行时还应注意各辅助设备的运行情况，发现异常应及时处理。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,（二）水泵的日常维护1、日常维护大致包括：机组清理、设备的巡视检查、停机保养、定期检修等四项基本工作。（1）机组清理：报据水泵站的机组大小和运行情况，进行清理检查、清理各部分的污物、杂物，保持机组整洁。检查水泵密封、进人孔、现察孔、各连按法兰以及套管等处的漏水情况，清理轴承、检查润滑油的油位油质等等。（2）设备的巡视检查：设备的巡视检查制度应落实到运行班组的日常管理之中。各运行班组应该遵循规定的设备检查周期和检查项目进行。如交接班巡视、每班的正常巡视、夜间巡视、监督巡视、特殊巡视，做到及时发现问题、处理问题，保证设备的安全运行。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,所以，每次巡视检查后，应将发现的缺陷和处理情况记入设备缺陷记录薄或运行日志中。（3）停机保养：机组停机后，常有充足的时间对机组进行保养工作，如全面清理机组的油垢、污物；对所有润滑部分可经清理后，加添新油，冷却水系统的滤水器清洗工作；调节机构的清污与调整处理；抽真空和真空破坏系统的检查调整等。（4）定期检修；机组的小修、大修是按设备的要求而定期进行的，小修的目的是修复和更换易扭损部件和处理一些局部缺陷；大修是对机组关健性的缺陷彻底进行维修，检修工作一般由检修的专业班组分管进行。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,（三）、离心泵的运行维护 离心泵机组的正确启动、运行与停车是泵站输配水系统安全、经济供水的前题。1、启动前的准备工作 水泵启动前应该检查一下各处螺栓连接的完好程度，检查轴承中润滑油是否足够、干净，检查出水阀、压力表及真空表上的旋塞阀是否处于合适位置；供配电设备是否完好，然后，进一步进行盘车，灌泵等工作。盘车：就是用手转动机组的联轴器，凭经验感觉其转动的轻重是否均匀，有无异常声响。目的是为了检查水泵及电动机内有无不正常的现象，例如转动零件松脱后卡住、杂物堵塞、泵内冻结、填料过紧或过松、轴承缺油及轴弯曲变形等问题。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,灌泵就是启动前，向水泵及吸水管中充水，以便启动后即能在水泵入口处造成抽吸液体所必须的真空值。2、启动中应注意的几个问题 准备工作就绪后，即可启动水泵。启动时，工作人员与机组不要靠得太近，待水泵速稳定后，即应打开真空表与压力表上的阀，此时，压力表上读数应上升至水泵零流量的空转扬程，表示水泵已经上压，可逐渐打开压力闸阀，此时，真空表读数逐渐增加，压力表读数应逐渐下降，配电屏上电流表读数应逐渐增大。启动工作待闸阀全开时，即告成。水泵在闭闸情况下，运行时间一般不应超过2 3分钟，如时间太长，则水在泵内循环发热可能造成事故，应及时停车。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,3、运行中应注意的问题 a、检查各种仪表工作是否正常，如电流表、电压表、真空表、压力表等。如发现读数过大、过小或指针剧烈跳动，都应及时查明原因，予以排除。如真空表读数突然上升，可能是进水口堵塞或进水池水面下降使吸程增加；若压力表读数突然下降，可能是进水管漏气、吸入空气或转速降低。b、水泵运行时，填料的松紧度应该适当。压盖过紧，填料箱渗水太少，起不到水封、润滑、冷却作用，容易引起填料发热、变硬，加快泵轴和轴套的磨损，增加水泵的机械损失；填料压得过松，渗水过多，造成大量漏水，或使空气进入泵内，降低水泵的容积效率，使出水量减少，甚至不出水。一般，填料的松紧度以每分钟能渗水 30 滴左右为宜，可用填料压盖螺纹来调节。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,c、轴承温升一般不应超过 3040，最高温度不得超过 6070。轴承温度过高，将使润滑失效，烧坏轴瓦或引起滚动体破裂，甚至会引起断轴或泵轴热胀咬死的事故。温升过高时应马上停车检查原因，及时排除。d、防止水泵的进水管口淹没深度不够，导致在进水口附近产生漩涡，使空气进人泵内。应及时清理拦污栅和进水池中的漂浮物，以免阻塞进水管口。上述两者均会增大进水阻力，导致进口压力降低，甚至引起汽蚀。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,e、随时注意有否诸如出水量少、杂音和较大振动等不正常现象。一旦出现不正常现象应立即停车检查，及时排除故障，防止事故发生。f、先关闭出水管上的闸阀，然后停车。4、离心泵的维护 a、停车后，及时擦干水泵及管路上的水渍和油污，保持机组的清洁。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,b、定时更换轴承内的润滑油、脂。对于装有滑动轴承的新泵，运行100h左右，应更换润滑油，以后每运转300500h应换油一次，但每半年至少换油一次。滚动轴承每运转12001500h 应补充黄油一次，但至少每年换油一次。转速较低的水泵可适当延长。c、如较长时间内不继续使用或在冬季，应将泵内和水管内的水放尽，以防生锈或冻裂。d、在排灌季节结束后，要进行一次小修，累积运行 2000h 左右应进行一次大修。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,（四）、轴流泵的运行维护(1)轴流泵安装后的检查1）检查泵轴和传动轴是否由于运输过程遭受弯曲，如有则需校直。2）水泵的安装标高必须按照产品说明书的规定，以满足汽蚀余量的要求和起动要求。3）水池进水前应设有拦污栅，避免杂物带进水泵。水经过拦污栅的流速以不超过0.3m/s 为合适。4）水泵安装前需检查叶片的安装角度是否符合要求、叶片是否有松动等。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,5）安装后，应检查各联轴器和各底脚螺栓的螺母是否都旋紧。在旋紧传动轴和水泵轴上的螺母时要注意其螺纹方向。6）传动轴和水泵轴必须安装于同一垂直线上，允许误差小于 0.03mm/m。7）水泵出水管路应另设支架支承，不得用水泵本体支承。8）水泵出水管路上不宜安装闸阀。如有，则起动前必须完全开启。9）使用逆止阀时最好装一平衡锤，以平衡门盖的重力，使水泵更经济地运转。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,10）对于用牛油润滑的传动装置，轴承油腔检修时应拆洗干净，重新注以润滑剂，其量以充满油腔的 1/22/3 为宜，避免运转时轴承温升过高。必须特别注意，橡胶轴承切不可触及油类。（2）轴流泵开机前的准备工作1）水泵起动前，应向上部填料涵处的短管内引注清水或肥皂水，用来润滑橡胶或塑料轴承，待水泵正常运转后，即可停止。2）水泵每次起动前应先盘动联轴器三四转，并注意是否有轻重不匀等现象。如有，必须检查原因，设法消除后再运转。3）起动前应先检查电机的旋转方向，使它符合水泵转向后，再与水泵连接。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,（3）轴流泵运行时注意事项水泵运转时，应经常注意如下几点。1）叶轮浸水深度是否足够，即进水位是否过低，以免影响流量，或产生噪声。2）叶轮外圆与叶轮外壳是否有磨损，叶片上是否绕有杂物，橡胶或塑料轴承是否过紧或烧坏。3）固紧螺栓是否松动，泵轴和传动轴中心是否一致，以防机组振动。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,（五）泵站运行记录机组在正常运行过程中，值班人员要不断地对以下项目进行检查，并填写运行记录。(1)进、出水池的水位观测，作为调整机组运行工况的依据，对于多泥沙水源的抽水站，要进行水质检验，若含沙量超过规定值，应当采取清沙措施。（2）检查轴承的温度和润滑油的油温、油位及油质，都要符合要求。,第四章 水泵机组运行、测试第三节水泵机组的运行,（3）检查填料