泵站运行工系统理论知识培训教材Word文档格式.doc
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黑色金属：
以铁为基础的合金，如钢、生铁
有色金属：
以铁为基础的合金，如铜、铝、铜合金、铝合金
2机械性能：
金属材料在使用过程中，受到外力作用时，表现出来的抵抗变形或破坏的能力
1）强度：
抵抗变形的能力（抗拉、抗弯、抗压）
2）硬度：
抵抗比它更硬物体压入的能力
3）塑性：
产生永久变形而不会被破坏的能力
4）韧性：
在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力
3.钢、铁的区别
钢：
含碳量小于2%
铁：
含碳量大于2%
4巴氏合金特点
①足够抗压强度和稍次于轴的硬度
②足够塑性和冲击韧性
③摩擦系数小，导热性好
第二节水泵的特性及参数
一、水泵的特性参数
1.流量
流量，又称排水量，出水量，是指水泵在单位时间内输送出去的水量。
（体积或重量），用符号“Q”表示。
单位为m3/h、m3/S、L/S等。
水泵铭牌上的流量指水泵的额定流量（设计流量），在此工况运行时，效率最高。
2.扬程
扬程又称为水头，是指被抽送的单位重量的液体从水泵进口到出口所增加的能量。
用符号“H”表示。
单位为mH2O（1mH2O=9.8kPa）习惯简称为m。
扬程在数值等于水在泵出口处的单位能量，与进口处单位能量的差值。
设水泵在进口处断面（Ⅰ-Ⅰ断面），单位质量的水的能量为EI，在出口处断面（Ⅱ-Ⅱ断面），单位质量水的能量为EⅡ，则扬程为H=EⅡ-EⅠ，其中，。
水泵扬程示意图
H＝H实+H损，H=H吸+H压
3.功率
功率是指水泵所需要的外加功率，它是由动力机通过泵轴传递而使叶轮轴上获得的功率，所以也称轴功率，用符号“P”表示。
单位是KW。
水泵在运行时不可避免地有各种损失，所以，除了轴功率之外，还有有效功率（P效），它是指被抽送水体实际得到的功率。
P效=gQH（w）=
式中，γ—水的容量，N/m3；
Q—水泵的流量，m3/s；
H—水泵的扬程，m。
4.效率
效率标志着水泵传递能量的有效程度。
它是水泵有效功率与轴功率的比值。
一般用符号“”表示，通常写成百分数“%”形式。
即
叶片泵内的功率损失由三部分组成，即机械损失，容积损失和水力损失；
与之相对应的是机械效率，容积效率和水力效率。
要提高水泵效率，必须尽量减小机械损失和漏水量；
保持过水表面光滑，避免锈和堵塞；
并力求改善过水部分的设计、制造和装配，从而达到经济运行的目的。
5.转速
轻速是指泵轴每分钟旋转的周数。
用符号“n”表示。
单位是：
转/分钟，即r/min。
铭牌上标示的为额定转速。
为了与同步电动机配套，采用电动机的转速作为额定转速。
6.允许吸上真空高度和临界汽蚀余量
（1）允许吸上真空高度（Hs），为了保证水泵内的压力最低点不发生汽蚀而允许的水泵进口处的最大真空度。
水泵内的压力最低点是指叶轮进口附近的叶片背面的低压区，当该区的压力下降到水的汽化压力后，就会在水泵叶轮进口处发生汽蚀，使水泵过流部件遭到破坏，并影响运行特性，因此要尽量避免水泵发生汽蚀。
即水泵在运行时，要保证水泵叶轮进口处的真空度小于水泵生产厂家给出的允许吸上真空度[Hs]。
允许吸上真空高度（Hs）——指水泵在标准状况下（即水温为20℃、表面压力为一个标推大气压）运转时，水泵所允许的最大的吸上真空高度（即水泵吸入口的最大真空度）。
单位为mH20。
水泵厂一般常用Hs来反映离心泵的吸水性能。
（2）临界汽蚀余量，是指泵内压力最低点的压力为汽化压力时，泵进口处单位重量的水所具有的大于该汽化压力的剩余能量。
也就是说泵进口处，泵进口处单位重量的水所具有的这个剩余能量是为了保证泵内压力最低点不发生汽蚀而必须具备的能量。
气蚀余量[]——指水泵进口处，单位重量液体所具有超过饱和蒸气压力的富裕能量。
水泵厂一般常用气蚀余量来反映轴流泵的吸水性能。
二、水泵的汽蚀
汽蚀又称空蚀（空化），是指水泵在运行过程中，由于某些原因使泵内局部位置的压力降低到水的饱和蒸汽压力，水被汽化，形成汽饱，并随水流向前运动，到达高压区内受到周围液体的挤压而溃灭。
并由此形成的一系列对水泵过流部件的破坏作用称为汽蚀。
1.汽蚀现象
在压力一定的情况下，温度上升水就会被汽化（沸腾），如在一个大气压力作用下，水加热到100℃，就会被汽化。
同理，当水温一定时若水面上的压力降到一定值，水也会被汽化。
如水温为20℃时，水面上的压力降到0.24个大气压力，水就会开始气化（沸腾）。
水泵运行时，泵内水的速度和压力是变化的，速度越大，则压力越小，通过在叶轮进口处叶片背面的压力最低，当此压力小于或等于水的此水温时汽化压力时，水就会汽化，并形成汽泡随水流一起运动。
当汽泡到达高压区域时，蒸汽急剧凝结，汽泡破灭后，对过流表面产生冲击力，同时周围水流迅速占据原来汽泡空间，水流质点相互撞击，产生很大的局部压力。
金属过流表面由于受到长时间的连续打击，受到机械破坏作用。
同时过流表面局部会产生高温，会受到化学腐蚀以及热电偶放电，从而受到化学破坏及电化破坏作用。
水泵在汽蚀状态下运转时，零部件特别是叶轮将会产生麻点、蜂窝孔、断裂、穿孔，造成零部件的破坏，同时影响到水泵的运行状态。
2.吸上真空高度Hs
吸上真空度是指水泵进口处水流的绝对压力水头小于大气压力的数值，即安装在水泵进口处真空表的读数，用Hs表示
式中，Hs—水泵的吸上真空度。
H吸—水泵的安装高度，即水泵基准面到进水池水面的高度。
—水泵进口处的流速损失水头。
h吸—吸水管的水力摩擦损失水头。
由此式可知，进水池水面和泵进口间的压差，一方面用于把水体提升到H吸的高度，另一方面用于维持水的流动所需的流速水头；
同时用于克服因流动引起的水力摩擦损失。
假设、h吸为定值，那么Hs随着H吸的增加，而增加当H吸增大至某一数值时，水泵开始发生汽蚀，此时相对应的Hs称为最大吸上真空度以Hsmax表示。
为了避免汽蚀的发生，规定留0.3m的安全余量，即Hsmax减去0.3m，作为允许吸上真空度，以[Hs]表示。
[Hs]值愈大，表明泵的抗汽蚀性能愈好。
水泵在运行时，应使其Hs<
[Hs]。
3.汽蚀余量△h
汽蚀余量是指在叶片泵进口处，单位重量的水所具有的大于汽化压力的剩余能量。
式中△h——汽蚀余量，m；
——泵进口处的压能，m;
——泵进口处的动能，m；
——所抽水体在相应水温下的汽化压力，m。
水泵运行时叶轮片进口附近的水流压力比水泵进口处的压力还要低。
当该点压力低于汽化压力时，开始发生气蚀。
我们将泵进口处的总水头与刚刚开始发生气蚀的压力（汽化压力）的差值，称作临界气蚀余量，以△h临表示。
为保证水泵运行时不产生气蚀，必须提供比△h临稍大的气蚀余量，一般为△h临+0.3m。
通常记作[△h]。
[△h]愈小，表明水泵的抗汽蚀性能愈好。
即欲使水泵不发生气蚀，必须满足△h>
[△h]。
4.减轻汽蚀的措施
水泵产生气蚀时，会产生噪音和振动。
影响水泵性能，使流量、扬程、功率、效率下降；
破坏机组零部件；
有时甚至无法工作。
叶轮叶片进口区域的压力下降与很多因素有关。
为防止汽蚀，就必须保证叶轮进口区域的压力应大于该水温下的汽化压力。
通常采取以下措施：
1）合理确定水泵的安装高度，要适当降低水泵安装高度。
2）降低水泵的工作转速，不能长时间超过额定转速运行。
3）被抽水体水温不宜过高。
4）尽量减小进水管路水头损失，如增大管径、缩短管长、减小管路阀件，提高管内壁的光洁度。
5）改善叶轮的水力设计，提高其光洁度。
6）在易汽蚀部位涂环氧树脂。
7）应尽量在额定情况下运行。
三、水泵工作点的调节
如果水泵的工作点，不在高效率区范围内，或所求工作点的性能参数不符合流量的要求。
就必须设法改变水泵特性曲线或管路系统特性曲线，来移动工作点，使其符合经济运行的要求。
这种方法称为水泵工作点的调节。
常见的方法有以下几种。
1、变阀调节
将出水管路上的闸阀关小时，管路阻力中增加一个附加局部阻力。
，闸阀关得越小，附加阻力越大，相应的流量就变得越小。
2、变速调节
采用降低或升高转速的方法来扩大水泵的使用范围。
水泵转速的变化将引起水泵性能的变化，它们之间的关系称为比例定律：
（1）流量与转速的一次方成正比，即
（2）扬程与转速的二次方成正比，即
（3）功率与转速的三次方成正比，即
改变转速的方法有两种：
一是采用可变速的动力机，如柴油机；
二是采用可变速的转动设备。
比例定律只适用于相似工况。
3、变径调节
沿外径车小离心泵或混流泵的叶轮，改变叶片泵的特性曲线，从而调节叶片泵的工作点，称为变径调节。
轴流泵一般不宜车小叶轮。
这种车小叶轮外径改变水泵性能之间的关系。
称为切削定律。
（1）叶轮切削前后的流量之比，等于切削前后叶轮外径之比，即：
（2）叶轮切削前后扬程之比，等于切削前后叶轮外径二次方之比，即：
（3）叶轮切削前后，功率之比，等于切削前后叶轮外径三次方之比，即：
4、变角调节
用改变叶轮的叶片安装角度，使水泵性能改变，以达到调节水泵工作点的方法，称为变角调节。
它适用于有调节叶片角度装置的水泵。
当进、出水池水位差变大时，把角度变小，在维持相当高效率情况下，适当地减小出水量，使电动机不致过载；
进、出水池水位变小时，把角度加大，使电动机满载，更多地抽水。
总之，变角调节，可提高电机效率和功率。
另外，水泵起动时，将叶片安装角调至最小，可以减轻电动机的起动负荷（大约只有额定功率的25%）；
在停泵前，先把叶片安装角调小，可以降低停泵时的倒流速度。
第三节油系统
一、油的种类及作用
油的种类很多，这里只叙述泵站的机组用油，大体可分为润滑油和绝缘油两大类。
（一）润滑油
1．透平油。
有HU-22、HU-30、HU-46、HU-57四种，主要供给油压装置、主机轴承、油压启闭机等。
2．机械油。
有HJ-10、HJ-20、HJ-30三种，主要用于辅助设备轴承、起重机械和容量较小的主机组润滑。
3．压缩机油。
有HS-13和HS-19两种，供空气压缩机润滑用。
4．润滑油脂（黄油）。
供滚动轴承润滑用。
（二）绝缘油
1．变压器油。
有DB-10、DB-25、DB-45三种。
供变压器和互感器用。
2．开关油。
有DU-10、DU-45号两种，供断路器用。
泵站用量较大的是透平油（又称汽轮机油）和绝缘油（又称变压器油）。
（三）油的作用
1、透平油的作用
（1）润滑。
油在轴承间或滑动部分形成油膜，以润滑油的液体摩擦来代替固体间的干摩擦，减小设备的发热和磨损。
（2）散热。
机组转动部件因摩擦会产生热量，润滑油在对流作用下，可将这部分热量传导给冷却水。
（3）传递能量。
全调节泵叶片角度的调节和有些流道闸门的启闭（如液压启闭机）、顶机组转子等都是由透平油传递能量的。
2、绝缘油的作用。
（1）绝缘。
用油作为绝缘介质可以提高电气设备运行的可靠性，缩小设备尺寸。
变压器因线圈通过电流而产生热量，绝缘油可以吸收这些热量，再经冷却设备将热量传给水或空气。
（3）消弧。
二、油的劣化与净化处理
（一）油劣化的原因
油在运行或贮存过程，会因潮气侵入而产生水分，或因运行中的各种原因而出现杂质、酸价增大、沉淀物增多，从而使油阶性质发生变化，将这种变化称为油的劣化。
油劣化的根本原田是油与空气中的氧发生作用，油被氧化了。
使油加速氧化的因素有：
1．水分
水使油乳化，促进油的氧化，增加油的酸价和腐蚀性。
水分进入油的途径有：
油在放置过程中能吸收空气小的水分；
设备连结处不严密、漏水或油冷却器破裂漏水；
油冷却器有砂眼水会渗入油中；
变压器和贮油罐的油呼吸器干燥剂失效也会带入空气中的水分；
在油的操作系统中也可能混入水分。
2．温度
油温升高，吸氧速度快，会加速氧化，因此油劣化得快。
3．空气
空气中的氧和水气引起油的氧化，空气中的沙粒和灰尘将增加油中的机械杂质。
4．天然光线
天然光中的紫外线促使油质劣化。
试验表明：
经天然光线照射后的油，再转到避光处，油的劣化仍继续进行。
5．电流
机组运行中产生的轴电流会使油分解劣化，使油的颜色变深，并生成油泥沉淀物。
6．其他因素
如金属的氧化作用，检修后清洗不彻底，贮油设备用的油漆不合适而产生锈蚀，不同型号的油混合等。
针对上述因素可采取相应的措施：
如防止设备漏水至油中；
加强油呼吸器的维护；
保持设备的正常工况，使油和设备不至过热：
减少油与空气接触，防止形成泡沫；
避免阳光直射贮油罐；
在机组轴承中采用绝缘垫防止轴电流；
采用正确的清洗方法与选用合适的油漆等。
但是，在长期运行过程中，油的性质仍会改变，需要采用油的净化处理方法，才能恢复油原来的特性。
（二）油的净化处理方法
1．澄清
这种方法设备简单、便宜、方便，对油没有伤害；
但时间长，净化不完全，酸质和可溶性杂质不能除净。
2．压力过滤
是利用压力滤油机把油加压，通过具有能吸收水分和阻止一切机械杂质通过的过滤层（常用的是滤纸）进行过滤，使油质净化，这是泵站常用的净化处理方法。
3．真空分离
真空分离的原理是根据油和水的沸点不同，而沸点又与压力大小有关，压力增大，沸点升高；
压力减小，沸点降低。
真空滤油机就是把具有一定温度（50~70℃）的油，压向真空罐内，再经过喷嘴扩散成雾状，此时油中的水分和气体在一定温度和真空下气化，形成减压蒸发，油与水分和气体得到分离，再用真空泵经油气分离板，将水蒸气和气体抽吸出来，达到从油中除水脱气的作用。
（三）油系统的组成
1．润滑油系统
（1）推力轴承润滑。
推力轴承担负着整个机组转动部件的重量和水和轴向推力，大多采用刚性支柱式，推力头和主轴紧密配合在一起转动，推力头把转动部分的荷重通过镜板直接传给推力轴瓦，然后经托盘、抗重螺栓、底座、推力油槽、机架最后传给混凝土基础。
镜板和推力轴瓦，无论在停机或运转状态，都是被油淹没的。
由于推力轴瓦的支点和其重心有一定的偏心距，所以，当镜板随同机组旋转时，推力轴瓦会沿着旋转方向轻微地波动，从而使润滑油顺利地进入镜板和推力轴瓦之间，形成一个楔形油膜，这样增强了磨擦的润滑和散热的作用。
（2）电动机上、下导轴承的润滑。
大轴和轴颈一起转动时，弧形导轴瓦分块分布在轴颈外的圆周上，大轴转动时的径向摆动力由轴颈传给导轴瓦、支柱螺栓、油槽、机架。
停机时，油槽油淹到支柱螺栓的一半。
机组运行时，轴颈随着一道转动，一方面把因磨擦而产生的热传给油，热油也随之作圆周运动，又由于导轴瓦和轴颈的间隙经常变化，造成一定的负压，使油槽中心部分的冷油，经挡环和轴颈内圆之内隙而上移，再经轴颈上导油孔喷射到导轴瓦面上，使热油和冷油形成对流，起到润滑和散热作用。
2．压力油系统
压力油系统是用来传递全调节水泵叶片调节机构所需能量的系统，它主要由油压装置和调节器等组成。
图5-2油压装置平面布置示意图
1-电动机2-压力油泵3-连接管道4-逆止阀5-弯管6-截止阀7-安全阀连接法兰8-溢流阀9-压力油输油管10-压力油箱11-压缩空气进气及放气阀12-放油截止阀13-电接点压力表14-压力油箱吊环15-压力油箱底脚16-空气过滤器17-回油箱油位指示器18-进人孔盖19-滤油网20-回油管21-回油箱
（1）油压装置。
油压装置主要由回油箱、压力油箱、电动油泵及管道、阀门等组成。
压力油箱为封闭式圆筒形,筒上装透明油位计、压力表等，并由管道与油尖和高压压缩空气连接。
筒内贮油1/3左右，另2/3充满压缩空气。
工作时，压力油从压力油箱中送到叶片调节系统。
油位高时，要补充压缩空气，油位低时，则用空气阀放出多余的压缩空气，但压力要保证在工作压力范围之内，压力表就是监视油压的。
电接点压力表不但监视油压，而且能自动控制油泵启动，以保持压力。
油泵，常用的是螺杆油泵和齿轮油泵，是油压装置的心脏。
压力油箱附件，包括逆止阀、安全阀、压力信号装置、压力表、滤网等。
油压装置的回油箱内的干净油经油泵吸入，经连接管、逆止阀、连接弯管、截止阀、输油管送到压力油箱，压力油箱与压力油系统母管相接，由支管送往每台机组，经截止阀进入受油器，受油器的回油均通向回油母管，流向回油箱，经滤网滤后继续使用。
压力油箱内贮存有压缩空气，箱上装有四只电接点压力表。
在主机组运行过程中，压力油箱向机组叶片调节装置供油，油压逐渐下降，当降到正常工作压力下限值时，第一只电接点闭合，使工作油泵启动，运转载作，向压力油箱补油，当压力升到正常工作压力上限值时，电接点断开，使工作油泵停止运转。
当工作油泵发生故障，油箱内压力继续下降到低于正常工作压力下限值时，第二只电接点压力表接通，备注油泵启动运转。
同理，到时断开停止。
在特殊情况下，若压力油箱压力仍继续下降或到时仍继续不停地上升，油泵未能切断，继续运转。
此时，第三只电接点压力表发出压力过低或压力过高的信号，通知值班人员处理。
第四只为备用。
回油箱有油位信号指示器，亦可发出油位过低或油位过高的信号，回油箱的正常油位一般为容器的50%-60%。
正常情况下，压力油系统在工作过程中耗油量是不大的。
（2）调节器。
调节器是由受油器、配压阀、操作机构三部分组成。
也有的把配压阀及本体合称为受油器，承担调节叶片的功能。
（3）叶片角度调节装置。
全调节水泵叶片的调节，是通过叶片调节机构进行的。
叶片与连杆一起，装在转子体内，操作架上下移动，通过拐臂，连杆使叶片转动，达到改变叶片安放角度的目的。
3．顶转子系统
电动机的下机架上装了四只制动器，制动器的活塞下腔接到高压油管和压缩空气的管道上，通过截止阀和电磁阀的动作，使制动器按人为控制分别执行顶转子或刹车制动的动作。
油顶—机组停止后，推力轴瓦与镜板之间的油膜逐渐失去，按规定要求，停机48小时（24小时）再启动必须再顶起转子4～6mm，使推力轴瓦与镜板之间重新进油形成油膜。
否则，有可能损坏轴瓦，增加启动力矩使启动困难。
步骤：
（1）将制动操作架上的高压三通阀逆时针转90o，切换到顶转子位置。
即高压手摇泵出口接通制动风闸。
（2）摇动手动泵使油压增至额定压力（约8.0~12MPa），顶起转子4～6mm，保持2～3min。
（3）打开手摇泵上的回油阀和制动风闸门排油阀，使制动风闸复归，转子落下。
（4）检查风闸是否在落下位置。
三通高压阀顺时针转90度，切回到供气位置，关闭排油阀。
第四节气系统
一、压缩空气的用途
（1）向油压装置的压力油箱补给一定数量的压缩空气，以便贮备能量供给机组调整叶片角度，工作压力为25kg/cm2和40kg/cm2两种，根据设计需要而定；
（2）机组停机时，供给制动器装置的压缩空气，缩短停机时惰转时间；
（3）供给虹吸式出水流道上真空破坏阀动作的动力，保证停机后虹吸式出水流道断流；
（4）供给站内电动工具检修时用于吹扫、清洁以及其他用气等；
二、气系统的组成
气系统包括空压机、逆止阀、分离器、贮气罐、安全阀有控制指示仪表等。
（一）空气压缩机
泵站常用的是活塞式压缩机，它由机座、气缸、活塞、连杆、配气阀、飞轮等主要部件组成。
（二）贮气罐
贮气罐具有双重作用。
一方面，在空气压缩机工作时，可以消除气体在系统中所产生的压力波动现象，起稳压作用；
另一方面又能贮压缩空气。
当压缩空气足够使用时，空气压缩机就可停止工作。
贮气罐应设置安全阀、压力表计及排泄阀等。
（三）油水分离器
油水分离器主要由内体、外体两部分构成。
内体中装有若干个小白瓷组成的过滤罩，使气体流动方向不断改变，促使油水从气体中分离出去。
（四）汽水分离器
因为空气中含有大量水分，进入压缩机后，使压缩空气中也含有许多水分。
其中一部分以水汽形式进入各管路中，使管路和设备锈蚀。
因此，在空气压缩机与贮气罐之间装设有汽水分离器。
空气进入汽水分离器后，由于绕流而使水离析出来，以便排除。
（五）管道
压缩机的空气管道由连接气缸、冷却器和油水分离器的管子组成。
冷却水管道由一定直径的黄铜管组成。
三、气系统的分类
压缩空气系统根据其空气压力又分为高压气和低压气系统
（一）高压气系统
高压气系统包括高压空压机，高压贮气罐和汽水分离器等。
高压气系统的压力一般为2.5~3.0MPa，如泵站内油压装置用气。
（二）低压气系统
1.气刹
机组在停止运转过程中，由于惰转时转速慢慢下降，延续的时间较长，容易破坏镜板与推力轴瓦之间的油膜，特别是单向进油的推力轴瓦，不允许长时间的低速惰转或倒转。
因此要利用制动器装置输入一定压力的压缩空气在机组转速降到额定转速的三分之一时，输入压缩空气以制动。
制动气压常为0.5~0.7MPa，连续制动2min左右然后撤除。
2．真空破坏阀用气
气动真空破坏阀的阀体为气动平板阀，压缩空气通过电磁空气阀进入气缸活塞的下腔，将活塞顶起，于是真空破坏阀开启。
阀的顶部装有限位开关，以此发出电讯号通知值班人员。
停机完成以后，当虹吸管内的空气接近常压时，阀盘、活塞杆及活塞等运动部件靠自重及弹簧力自行下落关闭。
3．吹扫及其他用气
第五节水系统
泵站的水系统，分为供水系统和排水系统两大类。
供水包括技术供水（也称生产供水）、消防用水和生活用水。
排水主要是排除机组运行、检修期间各种废水、机械封水部分漏水、水工建筑物渗水以及调相运行时进水流道、泵室内积水等。
一、供水系统
技术供水系统由水源、管网、用水设备及量测控制元件等组成。
供水系统主要是供给机组的冷却水、润滑水、机组检修后主泵进水管的充水以及有关辅助设备的用水管、用水量大，约占整个系统供水量的85%左右。
其次是供给机房和设备的消防、清洗和生活用水，水量少，约占整个系统供水量的15%左右。
（一）供水对象
1．推力轴承及导轴承油冷却器
2．水泵导轴承的润滑与冷却
水导用于承受由主轴传
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