一、水泵超高揚程運行

　　平原湖區軸流泵站通常在外洪、內澇的情況下運行，盡管在設計時一些泵站對在某些不利工況下運行進行過校核，但由于受水環境變化的影響，沿江和湖泊的河床逐年淤高，泵站內、外水位變幅較大，特別是特大洪水期間外江水位居高不下，泵站的揚程超出其設計使用范圍，泵站被迫停機，甚至損壞。
　　解決上述問題，可根據各泵站實際情況，分別采取措施。

    1.調節葉片安裝角
　　目前，國產軸流泵口徑在300mm以上的，葉片角度可以調節。調節葉片安裝角在一定程度上擴大了泵的使用范圍，當泵站揚程增高時，可減小葉片安裝角，適當減小出水量，以滿足水泵在高揚程情況下正常運行的要求。
　　目前國內數量較大、分布較廣，口徑在1m以下的中小型軸流泵站(一般由鄉鎮管理)，由于技術力量薄弱，加上調角費時費力(半調)。因此，泵站自投入運轉后，很少根據運行條件的變化對泵的正常運行范圍進行復核和調節，結果造成能源浪費，泵站發揮不了正常效益。因此，建議加強技術指導，特別是對那些使用不當、揚程超過正常使用范圍的泵站，應根據新的運行條件，仔細復核水泵工況，提出相應的技術措施。按照經濟、有效的使用原則，一般只有當調角不能滿足新的運行要求時，才考慮其它的技術改造方案。

    2.換泵
　　如果將葉片角度調至最小仍不能滿足高揚程的長期運行要求，則可考慮更換成高揚程的水泵，如比轉數較低的軸流泵或導葉式混流泵等。
　　更換水泵通常是一種比較省事的辦法，但對大中型水泵，要考慮機組配套和流道匹配等因素，因此工程投資較大，機組設備費用較高。另外，在同流量下由于泵的揚程高，泵汽蝕及水力振動的可能性增大，特別是與進、出水流道之間的水力配合問題往往成為換泵的主要矛盾。因此，在原有泵站水工基礎上采用換泵的辦法來解決高揚程問題，不僅代價較高，而且技術上較復雜，因而一般只適用于中小型軸流泵站。另外，換泵時不僅要考慮在最高揚程時泵站能夠安全運行，而且也應該盡可能使泵站能在多年運行中的平均效率較高，對于最高揚程與平均揚程相差甚大的泵站應該充分考慮這一點。

    3.改換葉輪
　　改換葉輪與換泵優缺點大致相同。不過，改換葉輪僅涉及到泵內的某一部件，因而改造投資可大量節省，通常適用于大中型軸流泵站的修復與技術改造。
　　解決超高揚程問題，必須將泵的現有葉輪更換成比轉數較低的軸流式葉輪(在功率不變的條件下，增大揚程，減小流量)。由于將葉輪的揚程提高，葉輪出口的速度或動量矩環量增大，因而要求出口導葉的擴壓、消旋功能更強。目前國內葉輪直徑2.8m及以上的大型立式軸流泵，導葉固定在出口流道的鋼筋混凝土中，因而在改葉輪時更換導葉相當困難。由軸流泵的工作原理可知，葉輪揚程提高后，導葉進口水流的絕對液流角(導葉進口安裝角)α3減小，導葉的曲率θ增大。如不換導葉，在同一流量下，水流必將在導葉進口的背面形成旋渦區，從而引起泵的效率降低，出口壓力脈動，因此在更換改型葉輪時最好也更換導葉。對更換導葉有困難的，最好與有關研究單位合作，在現有裝置條件下盡力尋求改善措施，最終改造方案應該通過模型試驗來確定。

    4.提高水泵轉速
　　由相似定律得知，提高水泵轉速，可增大泵的流量和揚程，但水泵的軸功率增加，動力機需要增容。對超高揚程的泵站，采用這種方法的關鍵在于增速方式及變速設備的選擇。對小型排灌泵站，由于機組較小，變速容易實現(如調節內燃機進油量，改變皮帶輪直徑等)。對以交流電動機為動力的，可調節同步轉速(分無級的變頻調速和有級的變頻調速)，或調節轉差率(適用于異步電動機，分調節電機定子電壓、改變串入繞線式電機轉子電路的附加電阻等)兩種調節方式。前者屬于節能型，后者屬于耗能型。對大中型農用泵站，由于機組容量較大，調速設備較貴，因而使用受到一定限制。
　　但是，近幾年來結合水泵增速及電動機改造需要，武漢水利電力大學泵及泵站教研室的有關專家主張在更換老化電機線圈的同時，實現增容和調速兩項功能。即在進行老化電機改造時，通過減薄絕緣層厚度，加大繞組導線截面，在原電機結構不變的條件下，提高電機功率；同時，采用“丟極”的辦法提高電機轉速，以適應高揚程時泵站的運行需要。
　　水泵增速后帶來的新問題，可能有汽蝕、機組結構強度、軸承壽命以及臨界轉速的校驗等問題。水泵增速還可能使進水流道流態變化，使水泵進口處的流速和壓力分布不均勻，從而加劇機組振動。采用這種改造方案，建議與有關研究單位和水泵、電機的生產廠家一道，根據泵站具體情況，商定具體改造方案。

    二、水泵的超功率運行
　　在特大洪澇災害發生時，特別需要泵站在超高揚程下盡可能地加大水泵流量。這時往往使水泵的軸功率大大超過額定軸功率，致使配套動力機超載損傷。解決水泵超功率問題的常用方法有減小葉片安裝角、降低水泵轉速、更換功率較大的動力機、電機增容改造等。

    1.減小葉片安裝角
　　當水泵在高揚程運行時，減小葉片安裝角可以有效地降低水泵軸功率，避免機組超載；同樣道理，當水泵在大流量工況運行且機組長時間過負荷時，也應將葉片角度調小，以保證機組的安全和正常運轉。將葉片角度調小，帶來的負面影響是泵的流量減小，因此它比較適用于出現高揚程大流量工況運行時間不長、葉片角度全調的大中型立式軸流泵站。對葉片為半調的中小型泵站，如果因揚程偏高，動力機功率不夠用，為了節省改造費用，也可將葉片安裝角長期固定在較小的位置。

    2.降低動力機轉速
　　通常只適用于變速容易實現的中小型機組。對大型機組，由于變速設備昂貴，一般很少采用。

    3.更換功率較大的動力機
　　與降速類似，一般只適用于中小型機組，對大型電機，除非確需增容和更新(如老化和損壞嚴重，修復不如新買)，否則，一般應盡可能不采用，以免造成不必要的花費。

    4.電機增容改造
　　結合電機老化改造，采用新材料、新工藝，提高原電機的額定功率。以28CJ56型軸流泵配套的1600kW同步電機改造為例，若僅更換老化線圈，電機額定功率可提高到1800kW，功率提高幅度為12.5%。如同時更換電機的某些部件，如改造定子外殼及鐵芯、轉子大軸、磁軛、鑄鋼體、鐵芯、推力頭、鏡板及導瓦等，電機額定功率可達2200kW左右，功率最大提高幅度為37.5%。從電機增容改造的實踐來看，該法是成功的，因此它是目前解決水泵超載問題很有推廣價值的重要技術措施之一。

    5.其它技術措施
　　解決水泵短時間過載問題，還可采用一些既經濟、又實用的臨時措施，如泵站運行避開外江水位的高峰期，水泵運行時在葉輪進口放入少量的空氣等。
 

   三、加大水泵流量運行
　　考慮排澇泵站自身的特點，設法加大泵站搶排流量對減小排區經濟損失意義重大。對已建泵站，增大流量的辦法除增加搶排時間外，主要是加大葉片安裝角和提高水泵轉速。
　　加大葉片安裝角是指在電機功率允許的范圍內，盡可能地調大葉片角度，使機組滿負荷運行，以便使泵站在較短的時間內能排除更多的積水。但是，這種運行方式常常受到外江高水位的限制，亦即高揚程與大流量矛盾，機組容量無法適應。
　　為解決上述矛盾，同時滿足水泵在高、低揚程時安全、正常、高效運轉的客觀需要，結合老化電機的增容改造，采用丟極式的變極方法將電機構成兩檔轉速，是值得研究和推廣的一種好方法。
　　仍以與28CJ56型泵配套的1600kW同步電機改造為例，該電機額定轉速為150r/min(40極)，若采用丟極式的變極方法增速，為獲得旋轉各向穩定的磁拉力效應，在圓周均勻地丟掉4個磁極，即丟極后的36極電機轉速變為166.7r/min，它比原40極時的轉速提高了11.1%。當水泵在該轉速檔運行時，不僅可使泵的揚程達到10m，而且流量比調角時增大了許多。當電機功率增大到2000kW、水泵在5.6m揚程運行時，可將葉片角度調到+8°，單泵流量可達28.2m3/s ，與電機增容前相比(葉片角度為+2°)，流量增加了6.2m3/s，效率提高了1.4%(水泵高效區位于+8°)。此時對于安裝10臺水泵的泵站共增加流量62m3/s，相當增加了一座8臺口徑1.6m水泵的泵站。
用提高轉速的辦法來增大泵的揚程和流量，可能存在的主要問題是水泵汽蝕及葉輪進口流態的穩定性受影響等。在采用該方案時，一般應根據裝置情況，對泵的汽蝕條件進行復核，當增速后泵的汽蝕條件不能滿足要求時，可采用其它措施協同解決，如采取措施改善前池進水流態；在葉輪進口加裝前置導輪等。

    四、軸流泵葉輪淹深不足及改善葉輪進口流態
　　由于水環境變化，前池水位降低，或由于葉輪安裝過高，水泵無法在較低的前池水位下工作，這些都屬于葉輪淹深不足問題。此外，一些泵站在實際運行中碰到的新問題，對葉輪淹深提出了超常要求。例如，因排灌標準提高，要求水泵在前池盡可能低的水位下也能正常運行(如降低內湖調蓄水位，增大調蓄水量，提高泵站排澇標準；又如降低排區地下水位，旱季提水灌溉等)。另一方面，軸流泵由于流量大，對進口流態的穩定性要求高，如與之配套的進水建筑物設計不良，或因外部環境和工作條件變化太大，都會破壞葉輪進口正常的流動條件，從而給泵站的安全和經濟運行帶來許多難以解決的問題，如汽蝕，水力振動和噪音，泵的工作效率低，流量揚程達不到樣本規定的正常要求等。
    為解決上述問題，最近幾年由武漢水利電力大學泵及泵站研究室提出在軸流泵葉輪(以下稱主葉輪)進口加裝前置導輪。前置導輪是一種負荷較輕、結構特殊的軸流式葉輪，它與主葉輪同軸旋轉，專為其進口水流提供能量。由于導輪安裝的位置較低(對立式)，加上結構特殊，導輪本身具有很強的抗汽蝕特征，因而在一定程度上可解決水泵汽蝕及葉輪淹深不足問題。與此同時，由于導輪能強制地改善主葉輪進口流態，使其斷面的流速和壓力分布得以調整，從而可望消除因流態不良帶來的水力振動、性能質量不高等種種問題。
    導輪可由3～4枚螺旋形葉片和流線形的輪轂組成，它與主葉輪只需靠兩輪的輪轂邊壁用螺釘連接，而不破壞原泵和機組結構。對大型立式軸流泵，為減輕導輪重量(以改善機組受力條件)，導輪可采用輕質材料，如鋁合金、玻璃鋼等。理論分析及有關試驗表明，這種方法技術上完全可行，其效果已在國內某28ZLB-70型軸流泵站的現場試驗中得到初步驗證。由于該法技術上不復雜，改造費用低，實施較容易，因而特別推薦各地進一步研究和嘗試。

　  五、水泵機組振動及其減振措施
　　在大洪水中，因水泵機組振動現象嚴重而被迫停機造成“關門淹”的情況較為普遍。有的泵站超常運行時的劇烈振動振破了泵房的玻璃。
　　根據干擾力的不同，可將水泵機組振動分為水力振動、機械振動和電磁振動等三大類，生產實際中振動是不可避免的，不同類型的水泵機組振動總是同時產生，不可能把它們截然分開。誘發這些振動的直接因素也是各不相同的。大洪水時水泵機組的超常劇烈振動的主要干擾力源是水力不平衡，應根據當時的實際情況正確分析原因，抓住主要矛盾切實采取有效的減振措施。

    1.外江洪水位超高，泵站需要揚程加大，水泵工作在拐點附近的馬鞍形不穩定區域。這種振動的主要特征是不穩定和瞬間內的周期性反復。如果這種循環的頻率與系統的振蕩頻率合拍，就有可能誘發共振而造成更嚴重的破壞，其減振措施主要有：
    (1)清除局部堵塞，疏通引水、進水和出水等過流通道，一方面改善流態，另一方面盡可能地降低泵站的需要揚程。
    (2)對于全調節水泵可通過改變葉片角度，調小或加大葉片角度都有可能使水泵工作避開拐點。調小葉片角度時還可以改善水泵的Q～H性能曲線，縮小不穩定工作區。
    (3)在可能的條件下采用變速調節的方法，改變水泵的工作點至穩定工作區域。
    (4)中小型水泵可設置旁道管或旁泄閥，控制水泵出口的流量不小于不穩定工作流量。

   　2.外江洪水位超高，有的甚至超高2～3米，在這種情況下啟動水泵，其出水流道中的空氣難以排出，水流的挾氣能力也大大降低。空氣的反復壓縮膨脹，引起壓力脈動，誘發機組振動, 嚴重時機組將無法起動。可針對實際工程情況，采取疏導、改進或增設出水流道的排氣設施，提高排氣速度和挾氣能力，盡量縮短起動過程。

    3.前池水位過低，改變了進水流態，形成進水挾帶表面旋渦和附壁渦帶，進入葉輪工作室后被葉片切割而引發振動，其頻率與葉片數成正比，且常伴有較大的噪音。通常可采用導流、設置隔板等應急措施來有效減振。

    4.外江洪水波動較大，出水流態紊亂，波浪壓力波反射入出水流道而引發機組振動，應積極采取有效實用的出口防浪減波和穩流措施。

    5.內澇水(有可能漫過攔污柵)沖挾異物，進入流道乃至葉輪工作室，造成局部堵塞，形成不對稱流場，在引發水力振動的同時還有可能加劇弓狀回旋機械振動。及時發現徹底清污，即可有效減振。

    6.由于水泵工作點遠離正常工作范圍，泵本身的必需汽蝕余量Δhr超常增大，或者由于進水流態的惡化而產生汽蝕，引起水泵機組的振動。汽蝕振動的頻率較高，每秒可達幾萬次，并伴隨發生強烈的噪聲，有關減振措施如下：
    (1)采用變角，變速或旁通的方法來調節水泵工況，降低水泵的必需汽蝕余量Δhr，避開汽蝕工況點。
    (2)采取切實可行的導流，隔水等措施來改善進水流態。
    (3)可考慮把泵出水管(或流道)中的有壓水引入進水管(或流道)，也可另設加壓泵裝置，用噴咀做環形混合器，以提高泵進口的壓力，來消除或減輕汽蝕及其振動，對小泵可用一個噴咀，對大泵可考慮用多個噴咀。混合段的長度，噴咀的位置的以及噴入的流量，應根據引水壓力、增壓水頭、噴咀口流速、主流速度及噴咀個數等因素合理確定。
    (4)在水泵進口補入(0.4～1%)的氣體(以體積流量計算)可大大降低水泵汽蝕強度，使剝蝕，噪音和振動明顯減弱。具體的補氣方式和位置，應根據汽蝕現象的不同及有關工程經驗確定。 5. 若有條件，可考慮在軸流泵主葉輪前設置導輪，一方面可以整流，另一方面能夠為主葉輪進口提供能量，改善其汽蝕性能，消除或減小汽蝕振動。

    7.內澇水挾帶的異物，被堵塞吸附在旋轉葉輪上，除了會引起前述的流場不對稱水力振動外，還將會破壞轉子的靜和動平衡，出現由機械不平衡干擾力引發機械振動的現象。停泵部分水體倒流回沖后再開機，振動將會大大減弱。

    8.在長期外洪內澇的作用下，泵房若是出現不均勻沉陷，它的傾斜有可能會引發因葉輪間隙不均勻而產生的流場不對稱水力振動；因導軸承間隙不均勻而產生的干摩擦和振擺等機械振動，和因空氣間隙不均勻而產生的電磁拉力不平衡振動等。相應的減振措施有：
    (1)泵站主廠房的糾偏，見本章第三節。
    (2)對于大型立式軸流泵機組，可在允許調整范圍內，以進水流道為基準重新測量調整機組固定部件的垂直同心度、水平度，轉子的垂直度、擺度、中心，電機的磁場中心以及軸承間隙，葉片間隙和空氣間隙等。

    9.目前大部分泵站工程存在較為嚴重的老化問題，在這種情況下，長期受洪澇的影響，可能會因絕緣破壞等原因造成轉子繞組短路等故障而出現電磁拉力不平衡振動。確認后即可采取相應的修復措施。

    六、水泵機組遭浸泡后的及時修復
　　水泵機組遭浸泡后的修復是一項十分緊迫而又艱巨復雜的技術工作。應根據受淹的程度、浸泡的時間和機組的狀況等實際情況，在全面檢查的基礎上，有目的、有對象和有準備地及時進行，除了電機的絕緣處理等工作外，應把主軸、軸承和軸封等部件的修復作為重點工作對待。

(一)廠房、機組的全面檢查
1. 檢查廠房沉陷，并通過與原始數據對照，以確定機組的水平，軸線等是否需要進行調整。
2. 檢查擺度，一般只需用千分表檢查大軸連接法蘭處的擺度，對照原始記錄，確定擺度是否在增大。
3. 檢查潤滑油質和油位。
4. 檢查機組緊固件，檢查是否有松動和銹蝕等現象，并作相應處理。
5. 檢查主軸連接、密封情況以及軸頸處的銹蝕情況。
6. 檢查推力軸承及各導軸承的受力、間隙及存泥沉沙和銹蝕等情況。
7. 檢查軸封填料的存泥沉沙，腐爛程度及其密封的可靠程度。
8. 檢查葉輪間隙及空氣間隙，若有較大的變化應分析原因并作相應處理。另外對于液壓全調節水泵機組，還應進行葉片調角機構的檢查，檢查浸水及密封狀況。輔機系統的檢查和修復工作也應及時跟上。在全面檢查工作的基礎上，確定相應的修復對象和具體方法。需要拆卸時應盡量少拆，避免盲目亂拆。遵循先外后內，先上后下，先部件后零件的原則進行。

(二)　主軸的修復
　　除銹清洗后，測量軸頸處的銹蝕和磨損量，若磨損很小，只需對銹蝕進行磨削處理，恢復其光潔度的要求。磨削時應采用細砂輪，同時用皂化液作冷卻劑和潤滑劑。也可用金剛砂布加機油研磨，土法拋光。若磨損量較大，如橡膠軸承的軸頸，單側偏磨值大于0.5mm，則要對軸頸進行處理，其處理方法有噴鍍、鑲套和堆焊等。恢復尺寸后再進行切削和研磨。
 

(三)　軸承的修復
    1.清洗
    (1)初洗也稱粗洗，主要是清除泥沙、油污和銹斑等。
    (2)細洗也稱油洗，是用清洗油將臟物沖掉洗凈，清冼油溫度不得超過閃點，以防燃燒。
    (3)精洗也稱凈洗，采用清潔的清洗油最后洗凈，也可用壓縮空氣先吹一下再用油洗。
    2.軸瓦的修刮和研磨
　　將軸瓦扣合在鏡板或軸頸上，反復對軸瓦面進行研磨，并用刮刀修刮高亮點、挑花及修刮進油邊、油槽并倒角，橡膠水導軸承一般不需要修刮。
    3.復裝就位
    電機的上導軸承結合轉子定中心就位，推力軸承要結合轉子的盤水平和磁場中心就位。就位后還要調整導軸承的間隙以及推力軸承的受力。
    水導橡膠軸承就位前先將支承面清掃干凈，放好止水橡膠繩，檢查軸窩內有無雜物，擦凈主軸軸頸表面，并涂上一層蓖麻油，然后進行安裝軸瓦，調整間隙。
    4. 滾動軸承的清洗與安裝
    (1)清洗和檢查。清洗前先將軸承中的泥沙和臟潤滑油挖出，然后將軸承放在熱機油中使殘油溶化，再用煤油沖洗，最后用汽油洗凈，并用白布擦干。清洗之后要進行下列項目的檢查：
    a.軸承轉動是否靈活，有無卡滯現象；
    b.軸承間隙是否適當；
    c.軸承內外圈、滾動體等部件是否有碰傷、銹蝕、毛刺和裂紋；
    d.用內徑千分尺測量軸承的圓度和圓柱度，檢查軸頸圓角是否與軸承內圈相符合。
    (2)安裝與調整。滾動軸承的安裝方法與軸承的結構、尺寸大小和軸承部件的配合性質有關。安裝時的裝配壓力應直接加在待與配合的套圈端面上，嚴禁借助滾動體傳遞壓力。安裝軸承采用的工具和方法可根據配合過盈量的大小確定。過盈量較小時可采用手錘將軸承輕輕打入軸承體；過盈量較大時應當用壓力機壓入，也可采用熱套法，將軸承放在80～100℃的油鍋中加熱后再進行安裝，還可使用冷卻的方法，但軸溫不得低于-80℃。
　　滾動軸承的間隙分為徑向間隙和軸向間隙二種，間隙用來保證滾動體的正常運轉，潤滑以及補償熱伸長，它對于軸承的工作性能和使用壽命有很大的影響，應當按有關技術文件的要求進行檢查和調整。

    (四)軸封的修復
    拆洗填料盒、水封環、壓蓋和底襯，疏通水封管更換填料。安裝填料時接口為斜面且每圈要錯開120°。壓緊填料時松緊要適當，一般控制有壓密封水從填料中漏出30～60滴/分鐘為宜。