轴流泵汽蚀问题1

1、泵站工程一水泵的超常运行（超高扬程超功率加大流量）一、水泵超高扬程运行二、水泵的超功率运行三、加大水泵流量运行四、轴流泵叶轮淹深不足及改善叶轮进口流态五、水泵机组振动及其减振措施六、水泵机组遭浸泡后的及时修复一、水泵超高扬程运行平原湖区轴流泵站通常在外洪、内涝的情况下运行，尽管在设计时一些泵站对在某些不利工况下运行进行过校核， 但由于受水环境变化的影响，沿江和湖泊 的河床逐年淤高，泵站内、外水位变幅较大，特别是特大洪水期间外江水位居高 不下，泵站的扬觀超出其设计使用范国,泵站被迫停机，甚至损坏C解决上述问题，可根据各泵站实际情况，分别采取措施。1.调节叶片安装角目前，国产轴流泵口径在300mm

2、以上的，叶片角度可以调节。调节叶片安装角 在一定程度上扩大了泵的使用范围，当泵站扬程增高时，可减小叶片安装角，适 为减小出水竝，以满足水泵在舄扬和怙:况卜山常运行的要求C目前国内数量较大、分布较广，口径在1m以下的中小型轴流泵站（一般由乡 镇管理），由于技术力量薄弱，加上调角费时费力（半调）。因此，泵站自投入运 转后，很少根据运行条件的变化对泵的正常运行范围进行复核和调节，结果造成能源浪费，泵站发挥不了正常效益。因此，建议加强技术指导，特别是对那些使 用不当、扬程超过正常使用范围的泵站， 应根据新的运行条件，仔细复核水泵工 况，提出相应的技术措施。按照经济、有效的使用原则，一般只有当调角不能满

3、 是新的运行要求时，才考虑其它的技术攻造方案。2.换泵如果将叶片角度调至最小仍不能满足高扬程的长期运行要求，则可考虑更换成高扬和的水泵，如比转数较低的轴流泵或导叶式混流泵竽C更换水泵通常是一种比较省事的办法， 但对大中型水泵，要考虑机组配套和 流道匹配等因素，因此工程投资较大，机组设备费用较高。另外，在同流量下由于泵的扬程高，泵汽蚀及水力振动的可能性增大， 特别是与进、出水流道之间的 水力配合问题往往成为换泵的主要矛盾。因此，在原有泵站水工基础上采用换泵 的办法来解决高扬程问题，不仅代价较高，而且技术上较复杂，因而一般只适用 于中小型轴流泵站。另外，换泵时不仅要考虑在最高扬程时泵站能够安全运行

4、， 而且也应该尽可能使泵站能在多年运行中的平均效率较高， 对于最高扬程与平均 扬程相差甚大的泵站应该充分考虑这一点。3改换叶轮改换叶轮与换泵优缺点大致相同。不过，改换叶轮仅涉及到泵内的某一部件， 因血改适投资町火灵节省，通常适用火屮型轴流泵站的修复与技术改造C解决超高扬程问题，必须将泵的现有叶轮更换成比转数较低的轴流式叶轮（在功率不变的条件下，增大扬程，减小流量）。由于将叶轮的扬程提高，叶轮出 口的速度或动量矩环量增大，因而要求出口导叶的扩压、消旋功能更强。目前国 内叶轮直径2.8m及以上的大型立式轴流泵，导叶固定在出口流道的钢筋混凝土 中，因而在改叶轮时更换导叶相当困难。 由轴流泵的工作原理

5、可知，叶轮扬程提 高后，导叶进口水流的绝对液流角（导叶进口安装角）a 3减小，导叶的曲率B增 大。如不换导叶，在同一流量下，水流必将在导叶进口的背面形成旋涡区，从而 引起泵的效率降低，出口压力脉动，因此在更换改型叶轮时最好也更换导叶。 对 更换导叶有困难的，最好与有关研究单位合作，在现有装置条件下尽力寻求改善 措施，最终改造方案应该通过模型试验来确定。4. 提高水泵转速由相似定律得知，提高水泵转速，可增大泵的流量和扬程，但水泵的轴功率 增加，动力机需要增容。对超高扬程的泵站，采用这种方法的关键在于增速方式 及变速设备的选择。对小型排灌泵站，由于机组较小，变速容易实现（如调节内燃机进油量，改变皮

6、带轮直径等）。对以交流电动机为动力的，可调节同步转速（分 无级的变频调速和有级的变频调速），或调节转差率（适用于异步电动机，分调节 电机定子电压、改变串入绕线式电机转子电路的附加电阻等 ）两种调节方式。前 者属于节能型，后者属于耗能型。对大中型农用泵站，由于机组容量较大，调速 设各较贵，因血使用哽斜一定限制。但是，近几年来结合水泵增速及电动机改造需要， 武汉水利电力大学泵及泵 站教研室的有关专家主张在更换老化电机线圈的同时，实现增容和调速两项功 能。即在进行老化电机改造时，通过减薄绝缘层厚度，加大绕组导线截面，在原 电机结构不变的条件下，提高电机功率；同时，采用“丢极”的办法提高电机转 速,以

7、适应尚扬和时泵站的运行需要。水泵增速后带来的新问题，可能有汽蚀、机组结构强度、轴承寿命以及临界 转速的校验等问题。水泵增速还可能使进水流道流态变化， 使水泵进口处的流速 和压力分布不均匀，从而加剧机组振动。采用这种改造方案，建议与有关研究单 位和水泵、电机的生产厂家一道，根据泵站具体情况，商定具体改造方案。二、水泵的超功率运行在特大洪涝灾害发生时，特别需要泵站在超高扬程下尽可能地加大水泵流 量。这时往往使水泵的轴功率大大超过额定轴功率，致使配套动力机超载损伤。 解决水泵超功率问题的常用方法有减小叶片安装角、降低水泵转速、更换功率较 大的动力机、电机增容改造等。1.减小叶片安装角当水泵在高扬程运

8、行时，减小叶片安装角可以有效地降低水泵轴功率，避免机组超载；同样道理，当水泵在大流量工况运行且机组长时间过负荷时，也应将叶片角度调小，以保证机组的安全和正常运转。 将叶片角度调小，带来的负面影 响是泵的流量减小，因此它比较适用于出现高扬程大流量工况运行时间不长、叶片角度全调的大中型立式轴流泵站。 对叶片为半调的中小型泵站，如果因扬程偏 高，动力机功率不够用，为了节省改造费用，也可将叶片安装角长期固定在较小 的位置,2降低动力机转速通常只适用于变速容易实现的中小型机组。 对大型机组，由于变速设备昂贵， 一股很少采用3. 更换功率较大的动力机与降速类似，一般只适用于中小型机组，对大型电机，除非确需

9、增容和更新 （如老化和损坏严重，修复不如新买），否则，一般应尽可能不采用，以免造成不 必嘎的花费.4. 电机增容改造结合电机老化改造，采用新材料、新工艺，提高原电机的额定功率。以28CJ56 型轴流泵配套的1600kW伺步电机改造为例，若仅更换老化线圈，电机额定功率 可提高到1800kW功率提高幅度为12.5%。如同时更换电机的某些部件，如改造 定子外壳及铁芯、转子大轴、磁轭、铸钢体、铁芯、推力头、镜板及导瓦等，电 机额定功率可达2200kW左右，功率最大提高幅度为37.5%。从电机增容改造的 实践来看，该法是成功的，因此它是目前解决水泵超载问题很有推广价值的重要 技术措施之一；5. 其它技术

10、措施解决水泵短时间过载问题，还可采用一些既经济、又实用的临时措施，如泵 站运行避开外江水位的高峰期，水泵运行时在叶轮进口放入少量的空气等。三、加大水泵流量运行加大叶片安装角是指在电机功率允许的范围内，尽可能地调大叶片角度，使 机组满负荷运行，以便使泵站在较短的时间内能排除更多的积水。但是，这种运行方式常常受到外江高水位的限制，亦即高扬程与大流量矛盾，机组容量无法适 应。为解决上述矛盾，同时满足水泵在高、低扬程时安全、正常、高效运转的客 观需要，结合老化电机的增容改造，采用丢极式的变极方法将电机构成两档转速， 是值得研处和推广的一种好方法C仍以与28CJ56型泵配套的1600kW同步电机改造为例

11、，该电机额定转速为 150r/min（40极），若采用丢极式的变极方法增速，为获得旋转各向稳定的磁拉 力效应，在圆周均匀地丢掉4个磁极，即丢极后的36极电机转速变为 166.7r/min，它比原40极时的转速提高了 11.1%。当水泵在该转速档运行时， 不仅可使泵的扬程达到10m而且流量比调角时增大了许多。当电机功率增大到 2000kW水泵在5.6m扬程运行时，可将叶片角度调到+8°，单泵流量可达 28.2m3/s，与电机增容前相比（叶片角度为+2° ），流量增加了 6.2m3/s，效率提 高了 1.4%（水泵高效区位于+8° ）。此时对于安装10台水泵的泵站共增

12、加流量 62nVs，相当增加了一座8台口径1.6m用提高转速的办法来增大泵的扬程和流量，可能存在的主要问题是水泵 汽蚀及叶轮进口流态的稳定性受影响等。在采用该方案时，一般应根据装置情况， 对泵的汽蚀条件进行复核，当增速后泵的汽蚀条件不能满足要求时，可采用其它措旅协同解决,如采取措施改善前池进水流态;在叶轮进口加装前置导轮等，四、轴流泵叶轮淹深不足及改善叶轮进口流态由于水环境变化，前池水位降低，或由于叶轮安装过高，水泵无法在较低的 前池水位下工作，这些都属于叶轮淹深不足问题。 此外，一些泵站在实际运行中 碰到的新问题，对叶轮淹深提出了超常要求。例如，因排灌标准提高，要求水泵 在前池尽可能低的水位

13、下也能正常运行（如降低内湖调蓄水位，增大调蓄水量， 提高泵站排涝标准；又如降低排区地下水位，旱季提水灌溉等 ）。另一方面，轴 流泵由于流量大，对进口流态的稳定性要求高，如与之配套的进水建筑物设计不 良，或因外部环境和工作条件变化太大， 都会破坏叶轮进口正常的流动条件， 从 而给泵站的安全和经济运行带来许多难以解决的问题， 如汽蚀，水力振动和噪音， .泵的丄竹匚效率低，沆竝畅和达不釧样本规定的匸常要求筹C为解决上述问题，最近几年由武汉水利电力大学泵及泵站研究室提出在 轴流泵叶轮（以下称主叶轮）进口加装前置导轮。前置导轮是一种负荷较轻、结构 特殊的轴流式叶轮，它与主叶轮同轴旋转，专为其进口水流提供

14、能量。由于导轮 安装的位置较低（对立式），加上结构特殊，导轮本身具有很强的抗汽蚀特征，因 而在一定程度上可解决水泵汽蚀及叶轮淹深不足问题。与此同时，由于导轮能强 制地改善主叶轮进口流态，使其断面的流速和压力分布得以调整， 从而可望消除 因流态不良带来的水力振动、性能质量不高等种种问题。导轮可由34枚螺旋形叶片和流线形的轮毂组成，它与主叶轮只需靠 两轮的轮毂边壁用螺钉连接，而不破坏原泵和机组结构。对大型立式轴流泵，为 减轻导轮重量(以改善机组受力条件)，导轮可采用轻质材料，如铝合金、玻璃钢 等。理论分析及有关试验表明，这种方法技术上完全可行，其效果已在国内某 28ZLB-70型轴流泵站的现场试验

15、中得到初步验证。由于该法技术上不复杂，改 造费用低，实施较容易，因而特别推荐各地进一步研究和尝试。五、水泵机组振动及其减振措施在大洪水中，因水泵机组振动现象严重而被迫停机造成“关门淹”的情况较 为普遍。有的泵根据干扰力的不同，可将水泵机组振动分为水力振动、 机械振动和电磁振动 等三大类，生产实际中振动是不可避免的，不同类型的水泵机组振动总是同时产 生，不可能把它们截然分开。诱发这些振动的直接因素也是各不相同的。 大洪水 时水泵机组的超常剧烈振动的主要干扰力源是水力不平衡，应根据当时的实际情 况上确分析原因，抓住匚耍畀盾切实采取冇效的诫振扌廿施。1.外江洪水位超高，泵站需要扬程加大，水泵工作在拐

16、点附近的马鞍形 不稳定区域。这种振动的主要特征是不稳定和瞬间内的周期性反复。如果这种循环的频率与系统的振荡频率合拍，就有可能诱发共振而造成更严重的破坏， 其减 捺措施匸耍冇：(1) 清除局部堵塞，疏通引水、进水和出水等过流通道，一方面改善流态， 昱一方面尽町能地降低泵站的需更扬觀C(2) 对于全调节水泵可通过改变叶片角度，调小或加大叶片角度都有可能 使水泵工作避开拐点。调小叶片角度时还可以改善水泵的 CH性能曲线，缩小 不稳定丄作区(3) 在可能的条件下采用变速调节的方法，改变水泵的工作点至稳定工作 区域(4) 中小型水泵可设置旁道管或旁泄阀，控制水泵出口的流量不小于不稳 定工作流量。2外江洪

17、水位超高，有的甚至超高 23米，在这种情况下启动水泵，其出 水流道中的空气难以排出，水流的挟气能力也大大降低。空气的反复压缩膨胀，引起压力脉动，诱发机组振动，严重时机组将无法起动。可针对实际工程情况， 采取疏导、改进或增设出水流道的排气设施，提高排气速度和挟气能力，尽量缩 加.起动过觀*3. 前池水位过低，改变了进水流态，形成进水挟带表面旋涡和附壁涡带， 进入叶轮工作室后被叶片切割而引发振动， 其频率与叶片数成正比，且常伴有较 大的噪音。通常可采用导流、设置隔4. 外江洪水波动较大，出水流态紊乱，波浪压力波反射入出水流道而引 发机组振动，应枳极采取冇效实用的出口防浪减披和穩流牯施°5

18、. 内涝水（有可能漫过拦污栅）冲挟异物，进入流道乃至叶轮工作室，造 成局部堵塞，形成不对称流场，在引发水力振动的同时还有可能加剧弓状回旋机 械振动。及时发现彻底清污,即川冇效减振。6. 由于水泵工作点远离正常工作范围，泵本身的必需汽蚀余量 hr超常 增大，或者由于进水流态的恶化而产生汽蚀， 引起水泵机组的振动。汽蚀振动的 频率较咼，每秒可达几（1）采用变角，变速或旁通的方法来调节水泵工况，降低水泵的必需汽蚀 余量 hr ,（2）采导沉 阴朮举牯嫌来收看辿木血态"（3）可考虑把泵出水管（或流道）中的有压水引入进水管（或流道），也可另 设加压泵装置，用喷咀做环形混合器，以提高泵进口的压力

19、，来消除或减轻汽蚀 及其振动，对小泵可用一个喷咀，对大泵可考虑用多个喷咀。混合段的长度，喷 咀的位置的以及喷入的流量，应根据引水压力、增压水头、喷咀口流速、主流速 度及喷（4）在水泵进口补入（0.41%）的气体（以体积流量计算）可大大降低水泵汽 蚀强度，使剥蚀，噪音和振动明显减弱。具体的补气方式和位置，应根据汽蚀现 象的不同及有关工程经验确定。5.若有条件，可考虑在轴流泵主叶轮前设置导 轮，一方面可以整流，另一方面能够为主叶轮进口提供能量，改善其汽蚀性能， 消除威减小汽蚀振动。7. 内涝水挟带的异物，被堵塞吸附在旋转叶轮上，除了会引起前述的流场不对 称水力振动外，还将会破坏转子的静和动平衡，出

20、现由机械不平衡干扰力引发机 械振动的现象。停泵部分水8. 在长期外洪内涝的作用下，泵房若是出现不均匀沉陷，它的倾斜有可能会 引发因叶轮间隙不均匀而产生的流场不对称水力振动；因导轴承间隙不均匀而产生的干摩擦和振摆等机械振动，和因空气间隙不均匀而产生的电磁拉力不平衡振 动等。和应的减振洁施冇：泉齐的糾皿虬扭章笫一节'（2）对于大型立式轴流泵机组，可在允许调整范围内，以进水流道为基准 重新测量调整机组固定部件的垂直同心度、 水平度，转子的垂直度、摆度、中心, 电机的磁场中心以及轴承间隙，叶片间9. 目前大部分泵站工程存在较为严重的老化问题，在这种情况下，长期 受洪涝的影响，可能会因绝缘破坏等

21、原因造成转子绕组短路等故障而出现电磁拉 力不平衍振幼，确认后即川采取相应的修复牯施°六、水泵机组遭浸泡后的及时修复（一）丿用、机组的金面检竟1检查厂房沉陷，并通过与原始数据对照，以确定机组的水平，轴线等是否需 要进行调整；2检查摆度，一般只需用千分表检查大轴连接法兰处的摆度，对照原始记录， 确定摆度是否在壇大°3. 检代润滑泊痕印汕覽4. 检查机组紧固件,椅何是背冇松甸和锈郭等见卸.；甘时应处卞，5. 阳 匸轴连仪总时卡址以必紬簌处的绣蚀怙弘6. 检何!非力轴永及笛导轴用的煖力、H怕及存泥沉沙汕锈蚀等怙儿7. 椅仟件滋填料的存泯沉沙，丽邙成及只常封的可至Ft.氐8.外对于液

22、压全调节水泵机组，还应进行叶片调角机构的检查，检查浸水及密封状 况。辅机系统的检查和修复工作也应及时跟上。在全面检查工作的基础上，确定 相应的修复对象和具体方法。需要拆卸时应尽量少拆，避免盲目乱拆。遵循先外 后内，先上后下，先部件后零件的原则进行。（二）匸轴的修复除锈清洗后，测量轴颈处的锈蚀和磨损量，若磨损很小，只需对锈蚀进行磨 削处理，恢复其光洁度的要求。磨削时应采用细砂轮，同时用皂化液作冷却剂和 润滑剂。也可用金刚砂布加机油研磨，土法抛光。若磨损量较大，如橡胶轴承的 轴颈，单侧偏磨值大于0.5mm则要对轴颈进行处理，其处理方法有喷镀、镶套 和堆悍等.恢复尺寸后再进彳J切削和研磨。(三) 轴

23、乐的修复1沾护. 初洗也-称:即汎i我良淸陈泥沙、汕污科绣斑等"(2) 细洗也称油洗，是用清洗油将脏物冲掉洗净，清冼油温度不得超过闪 点，以防燃烧。(3) 精洗也称净洗，采用清洁的清洗油最后洗净，也可用压缩空气先吹一 下再用油洗。2机L的修刖列研.祠将轴瓦扣合在镜板或轴颈上，反复对轴瓦面进行研磨，并用刮刀修刮高亮点、 挑花友修刮进汕边、汕桝并倒九 橡胶水导轴承一般不需耍修汕3. 复装濟位电机的上导轴承结合转子定中心就位，推力轴承要结合转子的盘水平和 磁场屮心就位.就位后还耍调整导轴丞的间隙以及推力轴瑕的迓力。水导橡胶轴承就位前先将支承面清扫干净，放好止水橡胶绳，检查轴窝 内有无杂物，擦净主轴轴颈表面，并涂上一层蓖麻油，然后进行安装轴瓦，调整 间隙。4. 滚动轴承的清洗与安装(1) 清洗和检查。清洗前