泵站运行工系统理论知识培训教材.doc

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泵站运行工系统理论知识

培训教材

（适合泵站运维人员的系统理论学习，推荐理论学习+实际跟班的形式进行。

对于大学没有好好系统学习的学生，也有较大的帮助）

二0一八年编订

第一节水力特性

一、水力学基础

1.主要物理性质

密度（比重）=1000Kg/m3容重γ=9800N/m3

2.大气压

绝对压强：

考虑大气压的压强

相对压强：

以一个大气压为压力零点，与大气压的差值。

1个标准大气压=10.33mH20=760mmHg

1个工程大气压=10mH20=1kg/cm2=9.8N/cm2=9.8N/10-4m2

=0.1MPa

1mH20=0.01MPa=0.1kg/cm2

3.真空

正压、负压（真空）

真空:

当某处的绝对压力小于一个大气压力时，即认为该处存在真空。

真空值Pv=Pa-P

真空度=Pv/Pa×100%

4.水压

（1）静水压强：

方向与受力面垂直，大小与该点坐标有关，与受力面方向无关。

（2）绝对压强与相对压强：

正压、负压（真空度）

5.水能：

水能=位能+压能+动能

水能与水头（扬程）的关系

6.水能（水头）损失

水头损失=局部水头损失+沿程水头损失

扬程损失

二机械基础

1.金属材料分类分类

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。

单位为mH20。

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。

（