泵站运行管理与维护

二零一叁年二月主要内容水泵工作原理、构造1水泵常见故障与排除2泵站运行与维护3案例讨论4问题及发展趋势51.1水泵作用和地位1.1.2水泵应用:采矿、冶金、电力、石油、化工、市政以及农林等部门。例：水利工程（灌溉泵站、排水泵站）、市政（给水泵站、排水泵站）、火电厂1.1.1水泵的定义水泵是输送和提升液体的机器，是一种转换能量的机械，它把原动机的机械能转化为输送液体的动能或势能。电能机械能压能（势能）1.1.3水泵的分类(1)叶片式水泵：离心泵、轴流泵、混流泵等。»靠叶片高速旋转传递能量(2)容积式水泵：活塞式往复泵、转子泵等。»靠工作时容积大小往复变化传递能量(3)其它类型水泵：螺旋泵、射流泵(又称水射器)、水锤泵、水轮泵以及气升泵等。1.1.4各种水泵特点1、往复泵的特点小流量、高扬程。2、轴流泵、混流泵的特点大流量、低扬程。3、离心泵的特点界于两者之间。1.1.5水泵的发展趋势1、大型化、大容量化特别是取水水泵和排水水泵微型化（园林工艺）2、高扬程、高转速单级扬程已经达到1000m。3、系列化、通用化和标准化（完善水泵品种，现代生产工艺的必然要求）说明：①当前趋于用潜水泵，无泵房，低噪音②要求：高速，高温，高压，高效率，大容量，耐腐蚀③基础理论，计算技术，模型试验，测量手段，材料选择，加工工艺等的改进和创新1.2认识水泵1.2.1离心泵（1）单级单吸离心泵一个叶轮，单面吸水。型号：IB100-80-200IS90-65-11253B31、BA1、泵壳2、泵盖3、减漏环4、叶轮1.2认识水泵叶轮（2）单级双吸离心泵即一个叶轮、双面吸水。型号：250S-3020Sh-6ASLOW900-900单级双吸离心泵是专门为深圳自来水厂开发的大型泵。该泵泵体重6.3吨，泵盖重2.5吨，泵的总高度2.8m，进出水法兰间距2.8m，轴承档间距2.8m，进水法兰最大外径为1.23m，出水法兰最大外径为1.12m。2009年8月8日，中国水电集团承建的世界最大单级双吸离心泵——北京惠南庄泵站首次有水调试成功，厂房24台蝶阀带水开、关运作正常。惠南庄泵站位于北京市房山区大石窝镇，是南水北调中线工程总干渠唯一的一座大型加压泵站，也是中线北京段实现管涵加压输水的关键控制性工程。泵站设计流量60立方米/秒，共安装8台卧式单级双吸离心泵，是目前世界最大卧式单级双吸式离心泵。水泵设计扬程为58.2米，单泵设计流量为10立方米/秒，配套异步电动机单机功率为7300千瓦，总装机容量5.84万千瓦叶轮转子直径1.75米，长4.5米，重8.3吨惠南庄泵站主厂房电机（3）多级单吸离心泵即多个叶轮、单面吸水。型号：D46-50×12DL型多级立式离心泵卧式单吸多级分段式离心泵1.2.2混流泵（1）蜗壳式混流泵型号：20HB-40400HW-5叶轮1、低比速2、高比速（2）导叶式混流泵型号：250HD-161.2.3轴流泵立式轴流泵型号：14ZLD-7014ZLB-7014ZXB-70350ZLB-4ZLB型立式轴流泵叶轮1、固定式2、半调节魁岐排涝站厂房内的3台斜置轴流大型水泵,装机6000kw,120m3/s132ZXB—3型斜式轴流泵是目前亚洲第二大泵。福州1.3抽水装置1、离心泵抽水装置萧山湘湖备用取水泵站2、轴流泵抽水装置1.4泵的工作原理与构造一、离心泵(一)离心泵的工作原理离心泵是利用叶轮旋转而使水产生离心力来工作的。如下图。①水在大气压力作用下进入叶轮②叶轮在泵轴驱动下高速旋转③水在离心力作用下被甩入泵壳（完成能量转换）④泵壳约束水流进入出水管离心泵抽水过程（二）离心泵的分类根据叶轮进水方式：单吸泵、双吸泵根据叶轮数量：单级泵，多级泵根据泵轴的安装方式：卧式泵－泵轴∥地面立式泵－泵轴⊥地面根据工作压力：低压泵＜100H2O中压泵100-650mH2O高压泵＞650mH2O（三）离心泵的构造1.单级单吸离心泵：主要零部件有叶轮、泵壳、密封环、泵轴、轴承、填料函等。单级单吸卧式离心泵水泵主要零部件1)转动部分：（1）叶轮水泵进行能量交换的主要部件单吸式单侧进水，前后盖板不对称，小流量双吸式双侧进水，前后盖板对称，大流量（2）泵轴将原动机的机械能传递给叶轮轴套（保护泵轴）轴承（支持轴和叶轮）有滚动轴承和滑动轴承两类离心泵叶轮形式轴承是支承泵转子的部件，承受径向或抽或轴向荷裁。2)固定部分：（1）泵壳（蜗壳状）泵盖使液体以最小损失进入叶轮壳体汇集叶轮出水，导向水泵出口出水接管锥形扩散管，将叶轮出水大部分动能转化为压能（2）泵座预留泄水螺孔、法兰孔3)防漏密封部分（1）减漏环承受叶轮与泵壳的磨损，减少泵壳内水流的损失，也称承磨环（2）轴封装置防止泵轴与泵体之间的漏水与进气塑料泵机械密封平衡孔1排出压力；2加装的减漏环3平衡孔；4泵壳上的减漏环2.单级双吸离心泵：与单级单吸离心泵相似。离心泵叶轮形式二、轴流泵（一）轴流泵的工作原理轴流泵是利用叶轮在水中旋转时产生的推力将水提升的，这种泵由于水流进入叶轮和流出导叶都是沿轴向的，故称轴流泵。如下图。（二)轴流泵的构造轴流泵按泵轴的安装方式分为立式、卧式和斜式三种，它们的结构基本相同。目前使用较多的是立式轴流泵。主要零部件有：喇叭管、叶轮、导叶体、出水弯管、轴和轴承、填料函等。ZWB(Q)型卧式轴流泵ZXB(Q)型斜式轴流泵轴流泵主要零部件1、叶轮水泵进行能量交换的主要部件分类：固定式，半调节式，全调节式注：叶片的安装角度不同，水泵的特性不同2、泵轴将原动机的机械能传递给叶轮空心轴：内设调节操作油管导轴承：承受径向力推力轴承：承受轴向推力，将其传递给基础3、吸入管喇叭管型，符合流线型要求4、导叶变水流旋转运动为轴向运动，6-12片，旋转动能→压能5、密封装置出水弯管的轴孔处轴封装置，一般用填料盒三、混流泵1.混流泵的工作原理混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵，它是靠叶轮旋转而使水产生的离心力和叶片对水产生的推力双重作用而工作的。2.混流泵的构造混流泵按其结构型式可分为蜗壳式和导叶式两种。蜗壳式混流泵有卧式和立式两种。目前生产和使用比较广泛的是卧式，立式多用于大型泵。蜗壳式混流泵的结构与单级单吸离心泵相似。导叶式混流泵的外形和结构与轴流泵相近，分卧式和立式两种。水泵的型号水泵种类型号举例型号说明备注离心泵单级单吸离心泵IS100-65-200IS-单级单吸离心泵100-吸入口直径，mm65-排出口直径，mm200-叶轮直径，mmIS：国际标准单级双吸离心泵500S-59A250S-39S-单级单吸离心泵500-吸入口直径，mm59-水泵扬程A–第一次切削20Sh-6A20-吸入口直径，mmSh单级单吸离心泵6-比转速的1／10混流泵的型号轴流泵的型号型号意义示意:例如：500ZQB-70ZQB—半调节式潜水轴流500—水泵出口直径（mm）70—水泵比转数的1/10轴流泵型号意义示意:例如：700ZLB1.3-7.2700—出口直径（mm）ZLB—半调节立式轴流泵1.3—流量为（m3/s）7.2—扬程（m）轴流泵型号名称作用材料尺寸确定原则形式特点及要求叶轮吸水抛水，传递能量铸铁青铜过水条件好水力计算，数量矩定理，模型试验等圆盘形耐磨，耐腐蚀，流槽平滑过水条件好泵轴驱动叶轮工作碳素钢不锈钢抗扭抗弯强度，刚度轴状轴状止水泵壳汇水出水，使水有规律流动铸铁过水部分水力条件蜗壳形蜗壳体内要求光滑，密封水力条件好泵座固定上述部件铸铁泵体稳定性及安装要求底部有放水孔，要有较大的底脚螺栓填料盒止漏浸油石墨、棉绳，碳素纤维等水在狭缝处呈滴状盒状压盖松紧度适宜水泵各种零部件小结1.5水泵性能参数与汽蚀现象（一）流量流量是指水泵在单位时间内从水泵的出口输送出来并进入管路的水的体积或质量。用Q表示，单位为：m3/s、m3/h或L/s。（二）扬程水泵的扬程是指单位重量的水从水泵进口到出口的能量增加值。用Ｈ表示，单位为N·m/N，习惯上用m表示。它也可以理解为水泵提水的垂直高度（包括管路损失）。§1.5.1水泵的性能参数泵的扬程是能量的概念，它指单位重量的液体流过水泵后能量的增量。单位:mH=E2-E1H=Ex-Ey泵内的功率损失:１、机械损失功率包括：泵轴与轴承泵轴与轴封内填料的摩擦损失功率叶轮在水中旋转与水体摩擦损失。２、容积损失功率高压侧的水流向低压侧泄漏引起的功率损失。§1.5.1水泵的性能参数３、水力损失功率(1)水体在泵内与边壁及转轮之间的摩擦。(2)水体自身发生撞击、挤压、摩擦等消耗能量。§1.5.1叶片泵的性能参数（四）效率：水泵的效率是泵的有效功率与泵的轴功率之比，它标志水泵对能量的有效利用程度，用η表示。或1．机械损失和机械效率2．容积损失和容积效率3．水力损失和水力效率§1.5.1叶片泵的性能参数（五）允许吸上真空高度或必需汽蚀余量允许吸上真空高度或必需汽蚀余量是表征叶片泵汽蚀性能的参数，用来确定泵的安装高程。常用Hsa或()r表示，单位是m。允许吸上真空高度Hsa水泵在标准状况下运转时所允许的最大吸上真空值。（水泵吸入口处的最大真空值）汽蚀余量(NPSH)：水泵进口处单位重量液体所具有的超过饱和蒸汽压力的富裕能量。说明：（1）水泵吸水管及进口处低于一个大气压，水压低于饱和蒸汽压力易产生小气泡。（2）Q、H是基本要素，是选择水泵的主要依据。§1.5.1叶片泵的性能参数（六）转速是指泵轴每分钟旋转的次数（n），单位是r/min。常用的转速有2900、1450、970、730、485r/min等，一般口径小的泵转速高，口径大的泵转速低。每分钟旋转的圈数）—（转速）单位时间内旋转的角度—（角速度）单位时间内转过的距离—（圆周速度nuDnuu601.5.2水泵汽蚀一、汽蚀的概念水泵运行时，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，气泡破灭时，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。汽化与饱和汽化压力如水，水开始沸腾，有蒸汽泡出现（开始汽化），此时温度不变叫饱和温度；此时的水叫饱和水；此时的蒸汽叫饱和蒸汽；此时的压力叫饱和蒸汽（汽化）压力。根本原因:（低压区的存在(汽蚀发生的先决条件）水温（℃）020406080100饱和蒸汽压（kPa）Pv0.592.357.3619.8247.28101.34汽化压力水头（m）0.060.240.752.024.8210.33§1.5.2水泵汽蚀二、汽蚀类型水泵常见汽蚀有三种类型。1．叶面型汽蚀2．间隙汽蚀3．涡带汽蚀图1离心泵汽蚀产生部位1、5—叶片正面汽蚀；4—前盖板汽蚀；2、3—叶片背面汽蚀。图4-2轴流泵汽蚀发生部位1——叶片正面汽蚀；2——叶片背面汽蚀；3——间隙汽蚀；4——轮毂体表面汽蚀；间隙汽蚀汽蚀发生位置:叶轮室内壁叶片外断面涡带汽蚀图4—1—7涡带汽蚀发生部位图2涡带汽蚀发生部位§1.5.2水泵汽蚀三、汽蚀的危害1、水泵性能恶化2、水泵过流部件发生破坏叶轮进口叶轮出口3、产生噪音和振动由于泵汽蚀时，在高压区发生连续破灭产生强烈水击，而产生噪声和振动，可以听到像爆豆似的劈劈啪啪的声音。根据噪音可以检测汽蚀的初生。泵长时间在汽蚀条件下工作时，泵过流部件在某些地方会遭到腐蚀破坏。一种是由于气泡破灭时产生高频（600~25000HZ）强烈冲击，压力高达49Mpa，致使金属表面出现机械剥蚀；另一种是由于汽化时放出热量，并有温差电池作用产生水解，产生的氧气使金属氧化，发生化学腐蚀。四、产生汽蚀的原因分析1、水泵安装高程过高2、水泵偏离设计工况运行3、进水条件较差4、安装地点海拔高程较高5、水泵过流部件材料抗汽蚀能力较差6、泵本身汽蚀性能较差不同海拔高度时的大气压力1、提高水泵抗汽蚀能力（1）提高水泵的汽蚀性能（2）用抗汽蚀能力强的材料制造水泵（3）采用高强材料喷涂过流部件表面2、改进装置结构（1）加大进水管路直径（2）减少进水管路