第一作者：Chi Chung Lee
通讯作者：Yilin Hu，Markus W. Ribbe
通讯单位：加州大学欧文分校
论文DOI：
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钼固氮酶在常规环境下催化还原 N2 到 NH3 发生在 M 团簇处。该团簇是一种复杂的辅助因子，包含两个由间隙碳化物连接的金属硫部分立方烷和三个带硫。最近的一项晶体学研究表明，N2 的结合是通过 M 簇的带硫在转换时的位移来实现的。然而，在催化过程中 N2 结合和带硫移动的直接证据仍然没有发现。该研究工作表明 N2通过电子和硫的消耗被捕获在 M 簇上，并且 N2-捕获状态在生成 NH3 方面具有催化能力。此外，本文证明只有当亚硫酸盐与还原剂一起提供时才会发生产物释放，亚硫酸盐作为硫化物插入到带硫置换的位置，并且在催化过程中存在带硫的动态进出。总之，这些结果确立了辅因子带硫的移动作为固氮酶反应的关键。
背景介绍
固氮酶是一种复杂的金属酶，与农学、环境和能源等领域有着密切的关系。作为全球氮循环中的一个关键步骤，固氮酶在催化大气 N2 转化为生物可利用 NH3 方面的作用广为人知，固氮酶还可以在模拟环境反应中将 CO 和 CO2 还原为碳氢化合物（例如，CH4、C2H6、C3H8），用于生产碳燃料。除了 N2和 CO，固氮酶还能够还原多种替代底物，包括 C2H2, CN , N3 和 H+，进一步说明了这种重要金属酶的催化多功能性。传统钼 (Mo) 固氮酶的催化是通过一个双组分系统完成的，该系统利用还原酶组分将电子传递给催化组分以进行底物还原。还原酶成分，称为铁 (Fe) 蛋白，是一种同源二聚体，包含一个亚基桥接 [Fe4S4]簇和每个亚基内的 ATP 结合位点；被称为催化成分的钼铁(MoFe) 蛋白是一种α2β2-异四聚体，其在每个 α/β-亚基界面含有一个 P-簇([Fe8S7])，以及在每个 α-亚基内含有一个 M-簇 (或 FeMoco; [( R -homocitrate)MoFe7S9C)。在底物转换过程中，钼固氮酶的两种成分蛋白相互形成功能复合物，使 ATP 依赖的电子从 Fe 蛋白的 [Fe4S4] 簇通过 P 簇转移到 M 簇。MoFe 蛋白，一旦积累了足够数量的电子，就会发生底物还原。
固氮酶的功能重要性和与生俱来的复杂性，激发了几代研究人员对这种酶促 N2 还原机制进行研究；Lowe-Thorneley 模型是迄今为止最知名的动力学描述，用于解释质子的蛋白内传递和电子到 M 簇以进行底物结合、活化和还原。另一方面，由于这些结合物种的瞬态特性，研究人员已证明固氮酶的底物或中间结合状态表征极具挑战性。在这方面的研究中，冷冻淬火光谱技术与钼固氮酶活性位点基因修饰相结合，已被用于表征这种酶的某些状态，这些状态可能与催化相关。然而，获得 Mo-固氮酶配体结合状态分子描述的一个非常重要步骤来自于 MoFe 蛋白的 CO 结合形式的高分辨率晶体结构，它揭示了 μ2-CO 配体桥接在 M 簇的 Fe2 和 Fe6 之间，代替了带状硫 (S2B)。这一结果令人兴奋，因为它指出了一种机制，涉及通过取代辅助因子的带硫产生活性 Fe 物质。更有趣的是，在 S2B 位点进行的后续晶体脉冲追踪研究表明辅助因子的整个带区域可能参与催化。
图文解析
图1. N2 结合的 Av1* 的GC-MS 和频率选择性 NMR 分析。a、b，产生的C2H4 的 GC 洗脱曲线 (a) 和 GC-MS碎裂模式 (b)；条件分别为在 D2/C2H2下的 Av1（灰色）、N2/D2/C2H2下的 Av1（蓝色）和 D2/C2H2下的 Av1*（棕色），基于 H2O 的反应。c，在 Av2、MgATP 和连二亚硫酸盐存在下，在 Ar 下转换时，由 Av1（实心蓝色）、14N2 制备的 Av1*（实心红色）和 15N2（实心棕色）制备的 Av1* 生成 NH4+ 的频率选择性 1H NMR 光谱。
图 2. 各种 Av1 蛋白种类的 EPR 和 GC-MS 分析。a-j，垂直模式(a-e) 和平行模式 (f-j) 的 EPR 光谱，用于测试静息态 Av1 (a,f)，N2 结合的 Av1* (b,g)，连二亚硫酸盐重新激活的 Av1* (TOD) (c,h)、Eu(II)-EGTA/亚硫酸盐再活化 Av1*(TOS) (d,i) 和 Eu(II)-EGTA/亚硒酸盐再活化 Av1*(TOSe) (e,j)。k-o，对 Av1 (k)、Av1*(l)、Av1*(TOD) (m)、Av1*(TOS) (n)和 Av1*(TOSe) (o) 酸淬灭后释放的 15N2 进行 GC-MS 分析。
图 3. 底物转换对亚硫酸盐物种的要求。a，在含有 Av2、MgATP 和Eu(II)-EGTA 的体外活性测定中，在不存在 (-S) 或存在各种硫源（+S2-,+SO42 和 +SO32 ）或亚硒酸盐 (+SeO32-) 的情况下，Av1* 的活性。b，在含有 Av2、MgATP 和 Eu(II)-EGTA 的体外测定中，Av1* 的 C2H2 还原活性与亚硫酸盐 (SO32-)或亚硒酸盐 (SeO32-) 浓度的滴定关系。c，使用 2mM SO32-（实心绿色固体）或 NFE（空心圆圈）作为硫源，在 C2H2 还原中，Av1* 活性与时间的关系。
图 4. Av1*(TOS) 的晶体学分析。Av1*(TOS) 的链-A/B (P-团簇(A/B)) (a) 和 链-C/D(P-团簇(C/D)) (b) 界面处的P-团簇结构。原子颜色编码：Fe，橙色；S，黄色；O，红色；N，蓝色。c-f，链-A（M-簇（A））（c，e）和链-C（M-簇（C））（d，f）中，M-团簇的结构。c,d，侧视图；e,f，沿M-团簇(A) (c,e) 和 M-团簇(C)(d,f) 的 Fe1-C-Mo 轴的视图。
图 5. 带状硫与催化相关的移动。a，各种 Av1 蛋白或蛋白链中单个硫或硫基团的相对电子密度。b,c, GC-MS 分析 Av1*(TOS) (b) 及其分离的 M-簇 (c) 中酸不稳定、簇结合的 34S2- 离子的释放。d, ICP-OES 测定从不同样品提取的 M 簇中的 Se/Mo 比。
图 6. Av1*(TOSe) 的XAS/EXAFS 分析。a-g，对 Av1*(TOS) 在过量 SeO32 中转换10min（指定为 Av1*(TOSe)，黑色），Av1* (TOSe) 在过量 SO32 中转换 5min（指定为 Av1*(TOSe)5min，蓝色）和 Av1*(TOSe) 在过量 SO32 转换 60min（指定Av1*(TOSe) 60min，红色），获得的Fe (a-d) 和 Se K-edge XAS 分析 (e-g)。
图 7. SO32-的配位和还原。a-c，由 SO32- 或 NH3配位的 M 簇的 DFT 优化模型。d，两种SO32-配位情况下的反应能，假设耦合的 e-/H+ 转移发生在初始配位步骤之后。e，在两种SO32-配位情况下，硫掺入的累积反应能。
总结与展望
基于上述结果，本文结合使用生化、分析、光谱和结构方法来证明 N2 在电子和硫耗尽条件下被捕获在 M 簇上，并且这种 N2 捕获状态与催化相关，能够产生 NH3。此外，研究表明产物释放仅在亚硫酸盐和还原剂存在的情况下发生，亚硫酸盐作为硫化物插入到带硫置换的位置，并且在催化过程中存在带硫的动态流动。这些证据共同指出带硫的移动是固氮酶机制的一个新的关键因素。
自然界固氮N2 + O2 =放电= 2NO2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3 + NO工业生产－－氨催化氧化制硝酸N2 + 3H2 =高温高压催化剂= 2NH34NH3 + 5O2 =催化剂加热= 4NO + 6H2O2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3 + NO用氮肥制硝酸，氮肥包括NH4Cl等铵态氮肥，KNO3等硝态氮肥，一般不会用它们制硝酸。理论上来说，氮气是和氧气、水反应生成硝酸的。首先，在放电条件下,氮气才可以和氧气化合生成一氧化氮:N2+O2=放电=2NO ①然后，一氧化氮与氧气迅速化合,生成二氧化氮：2NO+O2=2NO2 ②最后，二氧化氮与水反应生成硝酸：3NO2+H2O=2HNO3+NO ③说明一下，第②、③步反应如果在氧气充足的情况下可以这么反应：4NO+3O2+2H2O==4HNO3 假如说你要写一个大得化学方程式的话可以这么写2N2+5O2+2H2O=放电=4HNO3 （不过不建议这么总括）
氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环。 氮在自然界中的循环转化过程。是生物圈内基本的物质循环之一。如大气中的氮经微生物等作用而进入土壤，为动植物所利用，最终又在微生物的参与下返回大气中，如此反覆循环，以至无穷。 基本概念 空气中含有大约78%的氮气，占有绝大部分的氮元素。氮是许多生物过程的基本元素；它存在于所有组成蛋白质的氨基酸中，是构成诸如DNA等的核酸的四种基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用于制造可进行光合作用供植物生长的叶绿素分子。 加工，或者固定，是将气态的游离态氮转变为可被有机体吸收的化合态氮的必经过程。一部分氮素由闪电所固定，同时绝大部分的氮素被非共生或共生的固氮细菌所固定。这些细菌拥有可促进氮气和氢化和成为氨的固氮酶，生成的氨再被这种细菌通过一系列的转化以形成自身组织的一部分。某一些固氮细菌，例如根瘤菌，寄生在豆科植物（例如豌豆或蚕豆）的根瘤中。这些细菌和植物建立了一种互利共生的关系，为植物生产氨以换取糖类。因此可通过栽种豆科植物使氮素贫瘠的土地变得肥沃。还有一些其它的植物可供建立这种共生关系。 其它植物利用根系从土壤中吸收硝酸根离子或铵离子以获取氮素。动物体内的所有氮素则均由在食物链中进食植物所获得。 氨 氨来源于腐生生物对死亡动植物器官的分解，被用作制造铵离子(NH4+)。在富含氧气的土壤中，这些离子将会首先被亚硝化细菌转化为亚硝酸根离子(NO2-)，然后被硝化细菌转化为硝酸根离子(NO3-)。铵的两步转化过程被叫做氨化作用。 铵对于鱼类来说有剧毒，因此必须对废水处理植物排放到水中的铵的浓度进行严密的监控。为避免鱼类死亡的损失，应在排放前对水中的铵进行硝化处理，在陆地上为硝化细菌通风提供氧气进行硝化作用成为一个充满吸引力的解决办法。 铵离子很容易被固定在土壤尤其是腐殖质和粘土中。而硝酸根离子和亚硝酸根离子则因它们自身的负电性而更不容易被固定在正离子的交换点（主要是腐殖质）多于负离子的土壤中。在雨后或灌溉后，流失（可溶性离子譬如硝酸根和亚硝酸根的移动)到地下水的情况经常会发生。地下水中硝酸盐含量的提高关系到饮用水的安全，因为水中过量的硝酸根离子会影响婴幼儿血液中的氧浓度并导致高铁血红蛋白症或蓝婴综合征(Blue-baby Syndrome)。如果地下水流向溪川，富硝酸盐的地下水会导致地面水体的富营养作用，使得蓝藻菌和其它藻类大量繁殖，导致水生生物因缺氧而大量死亡。虽然不像铵一样对鱼类有毒，硝酸盐可通过富营养作用间接影响鱼类的生存。氮素已经导致了一些水体的富营养化问题。从2006年起，在英国和美国使用氮肥将受到更严厉的限制，磷肥的使用也将受到了同样的限制。这些措施被普遍认为是为了治理恢复被富营养化的水体而采取的。 在无氧（低氧）条件下，厌氧细菌的“反硝化作用”将会发生。最终将硝酸中氮的成分还原成氮气归还到大气中去。 氮气(N2)的转化 有三种将游离态的N2（大气中的氮气）转化为化合态氮的方法： 生物固定 – 一些共生细菌（主要与豆科植物共生）和一些非共生细菌能进行固氮作用并以有机氮的形式吸收。 工业固氮 – 在哈伯-博施法中，N2与氢气被化合生成氨(NH3)肥。 化石燃料燃烧 – 主要由交通工具的引擎和热电站以NOx的形式产生。 另外，闪电亦可使N2和O2化合形成NO，是大气化学的一个重要过程，但对陆地和水域的氮含量影响不大。 由于豆科植物（特别是大豆、紫苜蓿和苜蓿）的广泛栽种、使用哈伯-博施法生产化学肥料以及交通工具和热电站释放的含氮污染成分，人类使得每年进入生物利用形态的氮素提高了不止一倍。这所导致的富营养作用已经对湿地生态系统产生了破坏。 全球人工固氮所产生活化氮数量的增加,虽然有助于农产品产量的提高,但也会给全球生态环境带来压力.,使与氮循环有关的温室效应、水体污染和酸雨等生态环境问题进一步加剧. [思路分析] 氮素是构成生物体的另一种必需元素，自然界中的氮素循环包括许多转化作用。空气中的氮气被固氮微生物及植物与微生物的共生体固定成氨态氮，经过硝化微生物的作用转化成硝态氮，后者被植物或微生物同化成有机氮化物。动物食用含氮的植物，又转变成动物体内的蛋白质。动物、植物、微生物的尸体及排泄物被微生物分解后，又以氨的形式释放出来，这种过程叫做氨化作用。由硝化菌产生的硝酸盐在无氧条件下被一些微生物还原成为氮气，重新回到大气中，开始新的氮素循环。微生物在氮素循环中的几种作用归纳为：固氮作用、硝化作用、同化作用、氨化作用和反硝化作用。 [解题过程] 氮素在自然界中有多种存在形式.其中数量最多的是大气中的氮气,总量约3.9×1015t.除了少数原核生物以外,其他所有的生物都不能直接利用氮气,必须通过以生物固氮为主的固氮作用才能被植物吸收利用,动物直接或间接以植物为食获取氮. 构成氮循环的主要环节是:生物体内有机氨的合成,氨化作用,硝化作用,反硝化作用和固氮作用. 植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐,进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮. 动物直接或间接以植物为食物,将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮.这一过程叫做生物体内有机氮的合成. 动植物的遗体,排泄物的残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨,这一过程叫做氨化作用. 氨化作用和硝化作用产生的无机盐,都能被植物吸收利用.在氧气不足的条件下,土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐,并且进一步还原成分子态氮,分子态氮则返回到大气中,这一过程叫做反硝化作用. 大气中的分子态氮被还原成氨,这一过程叫做固氮作用.没有固氮作用,大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用. 地球上固氮作用的途径有三种:生物固氮,工业固氮和大气固氮.据科学家估算,每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%左右,可见,生物固氮在地球的氮循环中具有十分重要的作用. 氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素,土壤每年因此要失去大量的氮素.大量施用氮素化肥能保证植物的生长需要,使粮食增产,但同时又造成土壤板结和环境污染.所以人们研究生物固氮,通过生物固氮这条途径使土壤中的氮素得到补充,有利于环保和可持续发展.
浅论水与可持续发展 摘要：水问题关系到人类的生存发展，是可持续发展的关键。他关系到我们每个人的生存、关系到我们子孙后代、关系到我们中华民族是否能傲立于民族之林。为此我们应以普遍联系的观点，从大自然的循环方面认识水问题，从人口、资源、环境的角度研究问题，并从提高整个国家的科技水平和全民意识入手，才能解决好水与可持续发展问题。 关键词：水 可持续发展 如何处理好水与可持续发展问题已成为人类尤其是贫水国或准贫水国必须面对的问题。本文从分析我国当前面临的水问题入手，剖析水与可持续发展的关系，提出解决水与可持续发展问题的一些想法。 一、我国当前面临的几个主要水问题及其原因浅析 由于我国水资源、降雨量时空分布的不均匀性，加之受历史及人为等因素的影响，我国当前面临的水问题主要表现及原因浅析如下： （一）旱涝灾害频繁 新中国成立后，我国七大江河都曾发生过大洪水。进入90年代，我国又连续发生几次大水。1991年江淮流域发生大水；1994年，珠江、长江、辽河和黄河流域均发生大洪水；1998年，长江、松花江、嫩江流域又发生大洪水。 不仅是水灾，进入90年代，每年受旱面积竟达0.27亿hm2，比50年代增加一倍半以上，成灾面积增加3倍。华北平原每年有1/4的耕地遭受干旱之害，1/6耕地沙化严重。我国可利用的草原面积有2.2亿hm2，其中可灌溉的草原仅33.3万hm2。目前全国农村有7000多万人、6000多万头牲畜饮水困难，城市有300多座缺水，其中严重缺水约有108座。 产生上述现象的原因的主要有如下几个方面：首先是因为我国降雨量时空分布不均，年降雨量变化较大，从而导致降雨期容易出现洪涝灾害，枯雨期又出现旱灾。同时由于历史原因，江河湖堤及水库大坝等水利工程防洪标准低，有些水利工程年久失修，有些工程在设计、施工中由于人为原因，甚至出现“豆腐碴”工程。其次，由于资金限制，我国许多地方水利工程不健全，建设维护资金匮乏。再者由于水土资源过度开发，造成对生态环境的破坏，生态环境的破坏又会影响到气候，从而加大了恶劣气候发生的几率。历史上由于人们不断地围湖造田、修堤防洪，从而导致洪水渲泻和调蓄的空间减小，另外一个方面，加高堤防等于抬高了洪水位，从而使防洪负担和防汛风险进一步增加，万一出事，将造成更大的灾害。 （二）沙漠化触目惊心 1994年普查结果显示，我国沙漠面积已达168.9万km2，而且每年正以2460ｋｍ２的速度扩展，荒漠化不仅威胁着北京城，而且影响到全国近1/3的国土，受影响人口近4亿。去年连续发生在我国北方的沙尘暴天气给人们敲响了警钟，如不及时采取措施，将引起许多耕地被损，许多城市甚至包括我们首都北京都将成为“楼兰古城”。沙漠化严重及其惊人的发展速度最重要的原因是森林植被覆盖率极低，而根本原因就是水资源的溃乏。其实上述现象是相互影响的，植被及森林覆盖率少必将影响区域气候，减少土壤含水率，而缺水也必将减少植物存活的机会，从而形成恶性循环。 （三）水环境继续恶化 到了90年代中期，全国水土流失面积约为367万km2，占国内面积的38%，每年流失水土50亿ｔ，相当于全球水土流失总量的12%。据测定仅黄土高原每年因水土流失带走的氮、磷、钾就有400万ｔ，相当于我国全年生产化肥的总量，一到暴雨期，多少条大小“黄河”令人触目惊心。有人担心：如不注意，长江也可能变成第二条黄河。 水土流失不但造成土壤贫瘠、生态环境恶化，而且给水资源开发利用和减少水灾害带来困难，如河床抬高、大坝（堤）防洪能力减少、增加防洪难度；水库淤积，降低防洪标准和兴利效益等。 据1997年《中国水资源公报》，全国废污水的排放总量为584亿ｔ。在10万km的评价河段中，水在Ⅳ类以上的污染河长占47%。北方辽、黄、海、淮等流域，污水与地表径流的比例高达1∶14～1∶6，全国湖泊约有75%以上的水域、近岸海域约有53%以上受到显著污染。根据全国118座大城市浅层地下水的调查，97.5%的城市受到不同程度的污染，其中40%的城市受到重度污染。 水污染严重的最根本的原因是由于我们正处在社会主义初级阶段，科学技术及经济条件还相对落后，同时人们缺乏环境保护意识所至。另外一个方面就是因为我国人口众多，生产、生活污水排放量明显地要高于其它国家。再者水污染和大气及环境污染是密不可分的，空气中的诸如硫的氧化物经溶解在水中或经降雨形成酸雨污染水体，环境中的金属、磷等化合物经氧化、分解作用最终也会成为水体的污染源。另外我国森林覆盖率低，不能对大气、水进行充分的净化也是水环境恶化的主要原因之一。 （四）用水效率不高和水浪费现象并存 虽然我国面临较大的水问题，但与此同时，用水效率不高、用水严重浪费的现象也普遍存在。我国的用水总量和美国相当，但GDP仅为美国的1/8。全国农业灌溉水的利用系数平均约为0.45，而先进国家为0.7甚至0.8。1997年全国工业万元产值用水量136m3，是发达国家的5～10倍。工业用水的重复利用率据统计为30%～40%，实际可能更低，而发达国家为75%～85%。全国多数城市用水器具和自来水管网的浪费损失率估计在20%以上。[NextPage]二、可持续发展 笔者认为可持续发展可以理解为人类生产力的不断发展，人类赖以生存的自然环境及资源不断得到改善或保护，人类的生产关系、文明程度不断地进步、提高。 由于水是生命赖以生存的基础，是构成地球物质循环的基本载体，是工农业生产的基础，因此可以说没有水资源的可持续发展，就没有人类的可持续发展。本文将从水的角度，研究水可持续发展的思路。 三、水与可持续发展 要想解决好水与可持续发展问题，就必须应用辩证唯物主义观点，把水与人类、水与生态系统联系起来。解决好水与可持续发展问题，归根到底就是解决生态系统及资源的良性循环问题。众所周知，水的三态变化是在太阳能作用下的循环，人类生存过程是生物循环的组成部分和特例。地球资源也是在一个大的循环系统之中，在这个循环中水作为载体、太阳作为动力起着不可替代的作用。人类的生产、生活只有在不破坏这个循环的环节和物质基础的条件下才能使自身得到发展。从普遍联系的观点将水作为生态及资源循环的一个环节加以研究，了解水循环、人类生存发展及生态系统的关系，将有利于上述问题的解决。 （一）加大科研力度，掌握水、生态及物质循环规律 据研究，世界上所有与水有关的问题，如旱灾、洪灾、污染和水土流失，不外乎是因为打破了大自然的循环。为此，我们必须充分掌握自然规律和先进科技，在发展生产力、提高人们生活水平的同时，要减少生产、生活对环境的影响，使自然和人类发展融为一体，互为促进。 水资源研究要将地理、地质、气象、水文、农业、林业、水利、土壤、环境、社会、经济等学科结合起来。加大科技力度，首先要充分研究导致水资源、水环境恶化的原因，减少污水排放量和生产使用环境污染物，加大封山造林，退耕还林、退田还湖等力度。同时加强下面几个方面的研究并建立相关机构。 （1）建立全国的水资源调度及监测中心，负责全国水资源规划利用和水质监测，同时负责与气象、环境及大气等部门的协调和配合。 （2）加强洪水及灾害（包括海啸、台风等）中长期预报、沙漠化治理、堤坝隐患发现和加固技术研究和应用。 （3）加速污水处理及水循环体系研究，合理优化工农业生产（包括采用节水高效农业）及生活用水（包括水质和水量），加大有机肥在农业生产中作用，倡导建立农村及城市生态保护圈。 （4）加强国际合作做好地球资源保护工作，提高科技水平，减少对环境的污染。 （二）合理规划，充分利用水资源 由于水资源是按水系划分的，没有行政上的区域划分，水存在于地面也可存在于地下，水有固态、液态、也有气态。于是合理利用水资源就要进行整体规划、合理调度。全面规划包括地表水与地下水、液态水与气态水、咸水与淡水的合理规划。在尊重自然规律的前提下，充分运用现代科技合理开发利用水资源。近年来实现的引大入秦、引黄济津和即将实施的南水北调工程就是地理上全面规划。许多海滨城市采用海水冲厕是咸淡水的合理利用。广西地区许多为岩溶地质，地下水资源丰富，于是地下地上联合调度就是必须的。当然采取地下水时一定要考虑到可能的副作用，如长江三角洲地区，由于过分开采地下水导致了地面沉降等问题。 （三）加快依法治水步伐 完善水法制建设，充分利用经济杆杠，加速水的商品化和治水法制化。 四、结语 水问题关系到人类的生存发展，是可持续发展的关键。他关系到我们每个人的生存、关系到我们子孙后代、关系到我们中华民族是否能傲立于民族之林。为此我们应以普遍联系的观点，从大自然的循环方面认识水问题，从人口、资源、环境的角度研究问题，并从提高整个国家的科技水平和全民意识入手，才能解决好水与可持续发展问题。
可持续发展与人的主体地位初探 自20世纪末以来，由于人类面临日益严重的各种“生态问题”，因而可持续发展问题成为备受人类关注的热门话题。可持续发展作为一种新的发展模式和发展观，也日益深入人心，并被越来越多的国家作为一种社会发展战略付诸实践，这是人类社会文明进程中的质的飞跃。但就目前情况看，对可持续发展内涵的理解仍不尽一致，甚至在一些基本问题上尚未形成共识，如人在可持续发展中的地位问题。这就直接关涉到如何把握可持续发展观的本质以至能否真正实现可持续发展的根本性问题。 一、人在与自然关系中的主体地位 所谓人的主体地位，是指人在与自然界关系中的一种位置，即在这种关系中，人是主 体，自然界是客体。人与自然界之间的关系是相当复杂的，有不同角度和不同的层次， “主—客”关系是人与自然关系的基本方面，但不能涵盖人与自然界关系的全部。因此 ，人与自然的“主—客”关系的确立也是有范围的，其作用也是有限度的。一般地说， 人与自然界的关系可以从两个角度加以确证，一是从存在论(事实)的角度看，人与自然 界中其他存在物(生命的、非生命的)一样，同属于自然生态系统构成中的一份子或一个 组成部分，人与其他自然存在物就是一种“平等”关系。在这个意义上，人与其他自然 物之间难以区分谁为主、谁为客关系。二是从价值论(价值)的角度看，人类具有不同于 其他自然存在物的特殊属性，具有其他存在物所不具备的自主性、创造性，人源于自然 而又超越于自然，人可以把人以外的自然物作为认识、利用和改造的对象，使直接的自 然物或被人改造过的自然物为人所用、为人服务。同时，人还具有认识和改造自身的自 觉性和能力，也就是在人类针对自然界的有意识、有目的活动中，对自然界的积极改造 和对人类自身的自觉改造是一致的，在改造自然中使人类自身得到改造。“自觉地”改 造自身与“积极地”改造自然两者之间相互作用、互为因果、相辅相成，进而实现人与 自然的协调、共生与互利。可见，在人与自然的关系中，人的主体地位主要是在“价值 论”的意义上构成的“主—客”关系中得到确证的。但是，人的实践和自然科学研究证 明，即使是在“存在论”的意义上，人类的活动也表现出一定程度的主体性，“由于人 类在地球上的活动非常广泛，不断地改变或影响地球的自然环境，已经成为生物生态系 统中的主导性生态因子”[1](P43)。概而言之，在人与自然关系中，人的主体地位的内 涵主要表现为：(1)人依据自身生存和发展的需要积极地利用自然、改造自然，实现主 体客体化；(2)人通过实践活动将外在于人的自然“内在化”以充实、完善和发展人自 身，实现客体主体化；(3)人的主体地位的实质在于人是目的。就人与自然关系的本质 而言，人具有目的价值，自然界具有手段价值。因为就人类而言，对人与自然关系的正 确认识与有效地处理，都必然以是否符合人类的生存与发展的客观需要，作为最终的价 值取向和评判标准。当然，这并不否定自然界在人们活动面前确证它存在的客观性和独 立性，即自然界可以独立于人而存在，它具有不依人的意志为转移的客观规律和本质。 但是，自然界的存在及其规律的“价值”是人的存在及其需要所赋予的。一方面，自然 界存在及其规律对人作为目的及其实现有制约作用，也就是说，人在自然界面前不能“ 为所欲为”，必须承认自然界的真实存在，尊重自然规律；另一方面，自然界存在及其 规律之所以有价值，就在于它为人的生存及其发展提供了条件，为人的活动服务，为人 的目的实现服务。这就是人的主体地位的基本涵义，也是人与自然之间“主—客”关系 的基本内容和基本规定，正是人的主体地位确定了人与自然关系的性质，确定了人的活 动和自然界作用的范围。
【前沿报道】Science：新生代海洋氮-硫循环变化及其与构造运动的关系 海洋氮、硫循环过程主要表现为这两种元素的氧化态和还原态在水体中相对比例的变化。该比例变化取决于海水中氮和硫元素不同价态化合物的输入和输出情况。海洋中硝酸盐和硫酸盐的还原是影响两元素氧化态和还原态收支的关键过程，海水中氧气的多寡决定了海洋硝酸盐和硫酸盐被还原的程度。在次氧或贫氧环境的水体中，通常硝酸盐与硫酸盐还原菌较为活跃，致使反硝化（将NO 3 - 还原成N 2 ）和硫酸盐还原（将SO 4 2- 还原成H 2 S）过程增强。由于细菌优先利用轻同位素（ 14 N和 32 S），这两个过程均伴随着重同位素（ 15 N和 34 S）富集在海水中剩余的硝酸盐和硫酸盐当中。但是，同位素变化最终是否能够被记录到还取决于还原反应中剩余的硝酸盐与硫酸盐的量。例如，在沉积物孔隙水中发生的反硝化过程，由于会将其中的硝酸盐消耗殆尽而不产生明显同位素分馏。 目前，氮、硫同位素（δ 15 N和δ 34 S）分析是研究海洋氧化或缺氧状态的有效手段。在众多研究载体中，有孔虫壳体碳酸盐中的有机质被认为是分析氮同位素的可靠对象，而重晶石（BaSO 4 ）和有孔虫碳酸盐晶格中的硫酸盐则是分析硫同位素的理想材料，主要是因为它们代表海洋来源且较少受到成岩作用的影响。本文讨论的研究成果均来自这两类物质的氮、硫同位素数据。 近期，美国普林斯顿大学地球科学系的Kast等在Science上首次报道了来自北太平洋（ODP 1209）、北大西洋（IODP U 140 9）和南大西洋（ODP 1263）新生代以来有孔虫壳体碳酸盐中有机质氮同位素（foraminifera-bound δ 15 N, FB-δ 15 N）记录，并讨论了与海洋O 2 含量相关的氮循环变化。在这里，FB-δ 15 N被认为反映了海洋浅部亚表层（100-300m深）水体中硝酸盐的δ 15 N变化。他们的结果显示：古新世时，FB-δ 15 N值要比现在高出约5‰-10‰；古新世到早始新世（57-50 Ma）时，FB-δ 15 N出现最大13‰的显著降低；随后，在中始新世以来，FB-δ 15 N总体维持在在较低水平，尽管在渐新世时又有所增加（图1）。古新世时的FB-δ 15 N值处于新生代来的最高水平，表明当时海洋硝酸盐的δ 15 N高，可能反映了水体中反硝化过程与沉积物内部反硝化过程发生速率的相对变化，即具有较高的全球海洋水体反硝化速率，或者较低的沉积反硝化速率。 然而，FB-δ 15 N表现出的空间差异（ODP 1209的δ 15 N要高于ODP 1263和IODP U 140 9）更支持水体反硝化过程的增强，暗示古新世时海洋出现广泛的贫氧（subo xi a）状态。此后，FB-δ 15 N表现出显著降低，说明反硝化减弱和海水中氧气含量增加。由于始新世以来海水温度的下降（海水中氧的溶解度会随之增加）在步调上与此时δ 15 N的降低不一致（图2），不能对其作以解释，作者将其归因于构造运动。在距今59 Ma时，印度和非洲板块向亚欧大陆的汇聚导致了特提斯洋的关闭，从此，温暖贫氧的特提斯洋水不再是太平洋中温跃层和中层水的来源，转而被寒冷富氧的高纬度表层海洋水所替代，从而导致水体贫氧状况缓解，反硝化强度减弱，δ 15 N降低。 图1 70 -30 Ma期间有孔虫壳体碳酸盐中有机质氮同位素变化。数据来自两种不同颗级有孔虫（颗粒>250 μm为实心，125-250 μm为空心）。实心线代表两种粒级数据的三点滑动平均，彩色背景区域为1σ不确定性区间。图中左侧箭头指示岩芯顶部的FB-δ 15 N值：来自南大西洋516钻孔（蓝色）、U 140 9钻孔（灰色）和1209钻孔（红色）。插图为55 Ma前全球板块重建格局，表明本研究中ODP和IODP钻孔在当时的位置（Kast et al., 2019） 图2 北太平洋ODP 1209钻孔FB-δ 15 N记录与温度替代性指标（TEX86和有孔虫δ 18 O）的对比。底栖有孔虫δ 18 O曲线的灰色段指示冰量变化可能对温度计算有影响（Kast et al., 2019） 与此同时，海水中硫酸盐的δ 34 S在古新世-始新世时段也经历了较大的变化。例如，Paytan等人早期在Science杂志上发表的重晶石δ 34 S结果和Rennie等人在Nature Geoscience杂志上发表的有孔虫碳酸盐晶格硫酸盐δ 34 S结果均记录了海洋硫同位素从53-40 Ma的显著升高，而且之后一直维持在相对高的水平（图3C）（Paytan et al., 199 8; Rennie et al., 2018）。Rennie et al.（2018）认为构造运动所导致的硫化物埋藏海域的变化是上述硫酸盐δ 34 S变化的主要原因。在新生代早期（约50.2±1.5 Ma），印度—洋内科希斯坦—拉达克岛弧发生碰撞，导致新特提斯洋的关闭和变窄，环特提斯洋边缘区域海平面快速下降，从而会导致浅海沉积环境的大规模减少。浅海沉积物中硫化物的δ 34 S值通常要高于深海沉积物中的硫化物（因为浅层沉环境中硫酸盐微生物还原速率较快，同位素分馏较小），所以如果全球的硫化物更多地在深海环境中埋藏，势必会使硫化物δ 34 S普遍降低，相应地海水中硫酸盐的δ 34 S则会升高。 图3 新生代早期孔虫δ 13 C值（A）与 FB-δ 15 N记录（B）和重晶石、有孔虫碳酸盐晶格硫酸盐δ 34 S记录（Paytan et al., 199 8；Rennie et al., 2018）（C）的对比。从古新世到始新世，底栖有孔虫δ 13 C值的总体下降可能表明有机质埋藏速率的降低，与大陆坡上方水体中较高的氧浓度是一致的（Kast et al., 2019, supplementary materials） 这两篇文章均提出了新生代早期构造运动导致海洋环境格局的变化，从而分别改变了海洋氮、硫循环。但是，为了解释氮、硫同位素的各自特定变化，二者对构造变动时间和海洋格局变化的着眼点却不同，尚不能用一个统一的因素来解释氮、硫循环的变化。这体现了海洋中氮、硫地球化学循环影响因素的复杂性以及同位素研究的多解性，需要多指标综合分析研究。 然而，Kast et al.（2019）提出的自59 Ma随着板块的汇聚海洋温跃层和中层水变得富氧，与Rennie et al.（2018）提出的构造变动导致硫化物埋藏至更深的海洋环境的观点并不是矛盾的。因为温跃层和中层水体的富氧会导致海洋硫酸盐还原界面向更深处移动，从而有利于更多的硫化物在深海环境中埋藏。值得注意的是海洋中溶解硫酸盐的滞留时间（～20 Ma）要远大于硝酸盐（<3千年），这至少是海洋硫酸盐δ 34 S变化滞后于硝酸盐δ 15 N约4 Ma的原因之一。今后的研究要综合多种替代性指标（如δ 15 N、δ 34 S和δ 53 Cr等），同时注意各指标对驱动因素响应的时间尺度，采用模型分析获得更为确切的新生代海洋氧化-还原变化 历史 。 主要参考文献 1.Fike D A , Grotzinger J P , Pratt L M , et al. Oxidation of the Ediacaran Ocean[J]. Nature, 2006, 444(7120):744-747. 2.Kast E R, Stolper D A, Auderset A, et al. Nitrogen isotope evidence for expanded ocean subo xi a in the early Cenozoic[J]. Science, 2019, 3 64 ( 64 38): 386 -389. 3.Paytan A, Kastner M, Campbell D, et al. Sulfur isotopic composition of Cenozoic seawater sulfate [J]. Science, 199 8, 282: 145 9- 146 2. 4.Rennie V C F, Paris G, Sessions A L, et al. Cenozoic record of δ34S in foraminiferal calcite implies an early Eocene shift to deep-ocean sulfide burial[J]. Nature Geoscience, 2018, 11(10): 761-765. 5.Schobben M, Stebbins A, Ghaderi A, et al. Flourishing ocean drives the end-Permian marine mass extinction[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(33): 10298-10303. （撰稿：王旭/新生代室） 美编：徐海潮 校对：HCN
轮胎在硫化过程中要消耗大量热能和电能，因此开发和推广节能硫化工艺意义重大。由于氮气分子量小、热容很小，氮气充入轮胎胶囊内腔时，不会吸热而引起温度降低，也不易造成胶囊氧化裂解破坏。采用充氮气硫化的主要优点是节能和延长胶囊寿命，可节省蒸汽80%，胶囊使用寿命可延长1倍。
江苏省交通技师学院JIANGSU COMMUNICATION TECHNICIAN COLLEGE毕 业 设 计 (论 文)汽车转向系统检测与维修 Testing and Maintenance of Auto Steering System系 名： 车辆工程系 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 年 月 目 录第一章 汽车转向系统的历史与组成 11.1 汽车转向系统的历史 11.2 汽车转向系统的组成 11.2.1 转向操纵机构 21.2.2 转向器 31.2.3 转向传动机构 4第二章 汽车转向系统的分类 42.1液压助力转向系统 52.2电控液压助力转向系统 52.3电动助力转向系统 62.4线控转向系统 7第三章 汽车转向系统检测与维修 73.1转向沉重 73.1.1 故障现象 73.1.2 故障原因及处理办法 83.2方向盘自由行程过大 83.2.1 故障现象 83.2.2 故障原因及处理办法 83.3转向轮抖动 93.3.1 故障现象 93.3.2 故障原因及处理办法 93.4助力转向机构检测与维修 9结论 11致谢 12参考文献 13 汽车转向系统检测与维修 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职称：摘要 汽车转向系统是汽车相当重要的组成部分，对汽车的操纵稳定性起着非常重要的作用，从最早的纯机械的转向系统到现在的电控转向系统，他们各自的优点也有各自的缺点。 文论述了汽车转向系统的分类，包括机械式转向系统，液压式转向系统，电控液压式助力转向系统和电控助力转向系统及线控转向系统。并简单的介绍了他们各自的工作原理，以及优缺点。最后对汽车转向系统经常出现的故障进行了分析，尤其是助力转向机构的检测与维修。关键词： 汽车 转向系统 检测 维修Testing and Maintenance of Auto Steering SystemAbstract The steering system is a very important part of the car. It plays a very important role in the handling and stability of the car. From the earliest mechanical steering system to the electronically controlled steering system, they have their own advantages and disadvantages. This article main discusses the classification of automotive steering systems, including mechanical steering system, hydraulic steering system, electronically controlled hydraulic power steering system and electronically controlled power steering system and by-wire steering system.And introduce their working principles as well as the advantages and disadvantages. Finally, the steering system failures are analysed, especially in the detection and repair of the assistance steering bodies.Key words Automobile Steering System Testing Maintenance 汽车转向系统检测与维修引言汽车转向系统是用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶。一个完整的转向系统包括转向操纵机构，转向器和转向传动机构，根据转向器的不同又分为机械转向系统和动力转向系统。本文系统的分析了转向系统的各自的组成以及他们的故障检测与维修，为以后人们对汽车转向系统的研究提供了一定的参考。第一章 汽车转向系统的历史与组成1.1 汽车转向系统的历史汽车在行驶过程中，需要驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所谓汽车转向。就轮式汽车而言，实现汽车转向的方法是，驾驶员通过一定专设的机构，使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度。在汽车直线行驶时，往往转向轮也会受到路面侧向干扰力的作用，自动偏转而改变行驶方向。这一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构，称为汽车转向系统。因此，汽车转向系统的功用是保证汽车能按照驾驶员的意志而进行转向行驶。最好的转向系统为纯机械系统，由于机械系统在转向阻力非常大时，驾驶员需要很大的放线盘转向力，频繁的转向会使驾驶员感觉劳累。后来出现了液压助力转向系统，它能较好的帮助驾驶员解决转向劳累的问题，但是它不能较好的协调转向轻便和转向路感之间的矛盾，而且在能耗方面表现的不是很好。随着电子技术的发展，出现了电控液压助力转向系统，它用电机代替了液压助力转向系统中的发动机，能较好的解决了能耗的问题，而且也解决了转向轻便和转向路感之间的矛盾。但是电控液压助力转向系统中液压油的泄漏和液压系统的能耗的问题也一直没有解决掉。目前应用前景最好的是电控助力转向，它真正实现了按需转向。1.2 汽车转向系统的组成汽车转向系统主要由转向操纵机构，转向器和转向传动机构组成。1.2.1 转向操纵机构转向盘到转向器之间的所有零部件总称为转向操纵机构。主要由转向盘，转向管柱和转向传动轴等组成。下图1为某款汽车的转向操纵机构与转向器的布置图。 图1东风EQ1090E型汽车转向操纵机构与转向器布置图Fig1 The Dongfeng EQ1090E vehicle steering control mechanism and steering layout 1．转向盘转向盘由轮缘、轮辐和轮毂组成。转向盘轮毂的细牙内花键与转向轴连接，转向盘上都装有喇叭按钮，有些轿车的转向盘上还装有车速控制开关和安全气囊。 2．转向轴、转向柱管及其吸能装置 转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，转向柱管固定在车身上，转向轴从转向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。轿车除要求装有吸能式转向盘外，还要求转向柱管必须装备能够缓和冲击的吸能装置。转向轴和转向柱管吸能装置的基本工作原理是：当转向轴受到巨大冲击而产生轴向位移时，通过转向柱管或支架产生塑性变形、转向轴产生错位等方式，吸收冲击能量。Mazda 6轿车转向柱管吸能装置的工作原理是：发生碰撞时，转向器向后移动，下转向传动轴插入上转向传动轴的孔中，上转向传动轴被压扁，吸收了冲击能量。此外，转向柱管通过支架和U形金属板固定在仪表板上。当驾驶员身体撞击转向盘后，转向管柱和支架将从仪表板上脱离下来向前移动。这时，一端固定在仪表板上而另一端固定在支架上的U形金属板就会产生扭曲变形并吸收冲击能量。如果汽车上装用了网格状或波纹管式转向柱管吸能装置，当发生猛烈撞车导致人体冲撞转向盘时，网格部分或波纹管部分将被压缩产生塑性变形，吸收冲击能量。1.2.2 转向器1.转向器的传动效率转向器的输出功率与输入功率之比称为转向器传动效率。 （1）正效率功率由转向轴输入，由转向传动机构（如转向横拉杆或摇臂）输出的情况下求得的传动效率称为正效率，显然，正效率越高越好。（2）逆效率功率由转向传动机构输入，由转向轴输出的情况下求得的传动效率称为逆效率。（3）可逆式转向器逆效率很高的转向器称为可逆式转向器。其特点是路面传到转向传动机构的反力很容易传到转向轴和转向盘上，利于汽车转向结束后转向轮和转向盘的自动回正，但也能将坏路面对车轮的冲击力传到转向盘，发生“打手”情况。常用于轿车、客车和货车。 （4）不可逆式转向器逆效率很低的转向器称为不可逆式转向器。不可逆式转向器使转向轮不能自动回正、没有路感。由于上述特性，在汽车上很少采用。（5）极限可逆式转向器逆效率略高于不可逆式转向器称为极限可逆式转向器。其反向传力性能介于可逆式和不可逆式之间，接近于不可逆式。采用这种转向器时，驾驶员有一定路感，可以实现转向轮自动回正，只有路面冲击力很大时，才能部分地传到转向盘。常用于越野车和矿用自卸汽车。2.齿轮齿条转向器齿轮齿条式转向器是以齿轮和齿条传动作为传动机构，适合与麦弗逊式独立悬架配用，常用于轿车、微型货车和轻型货车。目前，轿车普遍采用的都是齿轮齿条式转向器。 3.循环球式转向器循环球式转向器中一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。常用于各种轻型和中型货车，也用于部分轻型越野汽车。转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，使螺母沿轴向移动。同时，在螺杆、螺母和钢球间的摩擦力矩作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。4.涡杆曲柄指销式转向器具有梯形截面螺纹的转向蜗杆支承在转向器壳体两端的球轴承上，蜗杆与锥形指销相啮合，指销用双列圆锥滚子轴承支于摇臂轴内端的曲柄孔中。当转向蜗杆随转向盘转动时，指销沿蜗杆螺旋槽上下移动，并带动曲柄及摇臂轴转动。1.2.3 转向传动机构从转向器到转向轮之间的所有传动杆件总称为转向传动机构。转向传动机构的功用是将转向器输出的力和运动传到转向桥两侧的转向节，使转向轮偏转，并使两转向轮偏转角按一定关系变化，以保证汽车转向时车轮与地面的相对滑动尽可能小。1.转向传动机构的组成 转向传动机构由转向摇臂、转向直拉杆、转向节臂和转向梯形等零部件共同组成，其中转向梯形由梯形臂、转向横拉杆和前梁共同构成。 2.转向摇臂循环球式转向器和蜗杆曲柄指销式转向器通过转向摇臂与转向直拉杆相连。转向摇臂的大端用锥形三角细花键与转向器中摇臂轴的外端连接，小端通过球头销与转向直拉杆作空间铰链连接。3.转向直拉杆转向直拉杆是转向摇臂与转向节臂之间的传动杆件，具有传力和缓冲作用。在转向轮偏转且因悬架弹性变形而相对于车架跳动时，转向直拉杆与转向摇臂及转向节臂的相对运动都是空间运动，为了不发生运动干涉，三者之间的连接件都是球形铰链。4.转向横拉杆转向横拉杆是转向梯形机构的底边，由横拉杆体和旋装在两端的横拉杆接头组成。其特点是长度可调，通过调整横拉杆的长度，可以调整前轮前束。第二章 汽车转向系统的分类汽车转向系统根据转向能源的不同分为机械转向系统和动力转向系统两大类。机械转向系统的所有传力件都是机械的，主要由转向操纵机构，转向器和转向传动机构三大部分组成。上一章已经对其进行了分析。下面主要讨论动力转向系统。动力转向系统又分为，液压助力系统，电动助力转向系统和线控转向系统。2.1液压助力转向系统1.常压式液压助力转向系统其特点是无论转向盘处于中立位置还是转向位置，也无论转向盘保持静止还是运动状态，系统工作管路中总是保持高压。2.常流式液压助力转向系统其特点是转向油泵始终处于工作状态，但液压助力系统不工作时，基本处于空转状态。多数汽车都采用常流式液压助力转向系统。2.2电控液压助力转向系统在传统液压助力转向系统的基础上加装电控系统，使辅助转向力的大小不仅与转向盘的转角增量（或角速度）有关，还与车速有关，就形成了电控液压助力转向系统。与传统液压助力转向系统相比，增加了液压反应装置和液流分配阀，而加设的电控系统则包括动力转向ECU、电磁阀和车速传感器等。电控液压助力转向系统利用电控单元根据车速调节作用在转向盘上的阻力，通过控制转向控制阀的开启程度以改变液压助力系统辅助力的大小，从而实现辅助转向力随车速而变化的助力特性。下图2为电控液压助力转向系统的示意图。 图2电控液压助力转向系统示意图Fig2 Electronically controlled hydraulic power steering system diagram2.3电动助力转向系统直接助力式电动转向系统是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统，可以根据不同的使用工况控制电动机提供不同的辅助动力。当转向轴转动时，转矩传感器开始工作，把两段转向轴在扭杆作用下产生的相对转角转变成电信号传给电子控制单元（ECU），ECU根据车速传感器和转矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力电流的大小，并将指令传递给电动机，通过离合器和减速机构将辅助动力施加到转向系统（转向轴）中，从而完成实时控制的助力转向。下图3为电动助力转向系统示意图。 图3电动助力转向系统示意图Fig3 Electric power steering system schematic 目前应用前景最好的也是电动助力转向系统，相比其他几种转向助力系统有下列的优缺点。1.优点（1）效率高、能量消耗少；（2）系统内部采用刚性连接，反应灵敏，滞后小，驾驶员的“路感”好；（3）结构简单，质量小；（4）系统便于集成，整体尺寸减小；省去了油泵和辅助管路，总布置更加方便；（5）无液压元件，对环境污染少。2.缺点（1）直接助力式电动转向系统提供的辅助动力较小，难以用于大型车辆；（2）减速机构、电动机等部件会影响汽车的操纵稳定性，正确匹配整车性能至关重要；（3）使用电动机、减速机构和转矩传感器等部件，增加了系统的成本。2.4线控转向系统线控转向系统用传感器记录驾驶员的转向意图和车辆的行驶状况，通过数据线将信号传递给车载电脑，电脑据此做出判断并控制液压激励器提供相应的转向力，使转向轮偏转相应角度实现转向。下图4为线控转向的组成示意框图。 图4线控转向组成示意框图Fig4 By-wire steering system diagram第三章 汽车转向系统检测与维修汽车转向系的性能直接关系到汽车行驶的稳定性和安全性。汽车在长期的运行中，前桥和转向系各零件会发生各种耗损，如磨损，变形，裂纹和车轮定位角改变。这些都会破坏正常运行，使汽车在行驶中，发生不同程度的转向沉重，方向不稳，行驶跑偏，前轮摇摆等故障。这将增加驾驶员的劳动强度，甚至影响到安全行驶，所以一定要重视转向系的维修与调整。常见的故障包括：转向沉重，转向盘自由行程过大和转向轮抖动。3.1转向沉重3.1.1 故障现象汽车行驶中，驾驶员向左、右转动转向盘时，感到沉重费力，无回正感；汽车低速转弯行驶和调头时，转动转向盘感到非常沉重，甚至打不动。3.1.2 故障原因及处理办法转向沉重的根本原因是转向轮气压不足或定位不准，转向系传动链中出现配合过紧或卡滞而引起摩擦阻力增大。具体原因主要有：（1）转向轮轮胎气压不足，应按规定充气。（2）转向轮本身定位不准或车轴、车架变形造成转向轮定位失准，应校正车轴和车架，并重新调整转向轮定位。（3）转向器主动部分轴承调整过紧或从动部分与衬套配合太紧，应予调整。（4）转向器主、从动部分的啮合间隙调整过小，应予调整。（5）转向器缺油或无油，应按规定添加润滑油。（6）转向器壳体变形，应予校正。（7）转向管柱转向轴弯曲或套管凹瘪造成互相碰擦，应予修理。（8）转向纵、横拉杆球头连接处调整过紧或缺油，应予调整或添加润滑脂。（9）转向节主销与转向节衬套配合过紧或缺油，或转向节止推轴承缺油，应予调整或添加润滑脂等。3.2方向盘自由行程过大3.2.1 故障现象汽车保持直线行驶位置静止不动时，转向盘左右转动的游动角度太大。具体表现为汽车转向时感觉转向盘松旷量很大，需用较大的幅度转动转向盘，方能控制汽车的行驶方向；而在汽车直线行驶时又感到行驶方向不稳定。3.2.2 故障原因及处理办法转向盘自由行程过大的根本原因是转向系传动轴中—处或多处的配合因装配不当、磨损等原因造成松旷。具体原因主要有：（1）转向器主、从动啮合部位间隙过大或主、从动部位轴承松旷，应予调整或更换。（2）转向盘与转向轴连接部位松旷，应予调整。（3）转向垂臂与转向垂臂轴连接松旷，应予调整。（4）纵、横拉杆球头连接部位松旷，应予调整或更换。（5）纵、横拉杆臂与转向节连接松旷，应予调整或更换。（6）转向节主销与衬套磨损后松旷，应予更换。（7）车轮轮毂轴承间隙过大，应予更换等。3.3转向轮抖动3.3.1 故障现象汽车在某低速范围内或某高速范围内行驶时，出现转向轮各自围绕自身主销进行角振动的现象。尤其是高速时，转向轮摆振严重，握转向盘的手有麻木感，甚至在驾驶室可看到汽车车头晃动。3.3.2 故障原因及处理办法转向轮抖动的根本原因是转向轮定位不准，转向系连接部件之间出现松旷，旋转部件动不平衡。具体原因主要有：（1）转向轮旋转质量不平衡或转向轮轮毂轴承松旷，应予校正动平衡或更换轴承。（2）转向轮使用翻新轮胎，应予更换。（3）两转向轮的定位不正确，应予调整或更换部件。（4）转向系与悬挂的运动发生干涉，应予更换部件。（5）转向器主、从动部分啮合间隙或轴承间隙太大，应予调整或更换轴承。（6）转向器垂臂与其轴配合松旷或纵、横拉杆球头连接松旷，应予调整或更换。（7）转向器在车架上的连接松动，应予紧固。（8）转向轮所在车轴的悬挂减振器失效或左右两边减振器效能不一，应予更换。（9）转向轮所在车轴的钢板弹簧U形螺栓松动或钢板销与衬套配合松旷，应予紧固或调整。（10）转向轮所在车轴的左右两悬挂的高度或刚度不一，应予更换等。3.4助力转向机构检测与维修大多数中级以上的现代轿车，为同时满足转向省力和转向灵敏度的要求，普遍采用液压式动力转向系统。按时和正确的维护是转向系统能正常工作，减小故障和延长使用寿命的主要手段，是保证行车安全的重要措施之一。1.油液的及时补充和更换（1）经常检查储液罐的液面高度是否在油位标志的范围。检查时要注意热和冷标志。如果发现油液面高度低于规定标志时，要及时补充。还应该经常注意观察油液中是否有泡沫，有则说明系统内有空气或者液面太低，要排气或者补充油液。油液在使用和存放过程中，其品质会不断下降，严重时会直接影响转向系统的工作，甚至引起故障。故必须保障使用保质期内的油液，并按照油液使用说明书规定的行驶里程定期更换。必须使用指定的油液，不能随意更换。同时注意不能将两种不同的油液混合使用。（2）油液的排放和加注。把车水平停放，顶起前桥，支撑好汽车，是方向盘处于中间位置，打开储液罐的盖，排出罐内油液。（3）系统排气的方法。如发现系统内有空气，或者更换油液和维修液压回路时，应对系统进行排气。方法如下：把车水平停放，顶起前桥，支撑好汽车。将油液补充到标定范围，如发现下降，应及时补充足。重新接上高压线，启动发动机并使之怠速运转，将方向盘回转到左右极限位置数次，在这过程中，注意观察液面位置。2.动力转向系统的检查（1）方向盘的检查检查自由间隙。在发动机熄火，方向盘处于中间位置时，用拉力计沿方向盘的切线方向施加5N的拉力，检查方向盘的自由间隙，标准值为25-50mm。如不符合，检查转向器齿轮的啮合间隙和传动机构球头的间隙。检查回正性能。此项检查需在宽阔的场地路试，实验前应确保轮胎气压正常。首先慢性，分别向左，向右轻轻地小角度转向，检查左右转向力有无明显的不同及方向盘的回正情况，不正常则维修。如果正常，以35km/h的速度行驶，将方向盘顺（逆）时针转过90°，1-2s后放开方向盘，如果回正度超过70°，说明其回正性能良好。检查原地转向力。将汽车停于硬质的平面上，确保轮胎气压符合要求，使方向盘处于中间位置。起动发动机，使之怠速运转。用拉力计顺时针和逆时针分别拉动方向盘115度，切向力应小于37N。如果拉力过大，则检查油泵的皮带是否过松，损坏，油液是否不足，系统内有无空气，软管是否扭曲等。（2）系统油压的测试油压测试的目的是检查液压系统及其主要元件的性能。在测试之前，应确保油泵的驱动装置是正常的。检测时，在油泵出口与转向器进口之间连接专用的测试工具，连接顺序为油泵出油口-压力表-关闭阀-转向器进油口。起动发动机，对系统进行排气，并把油液补充到标志范围，原地左，右转动方向盘几次，使油温升高到50-60℃，然后让发动机怠速运转，依次做下面的检查。检查油泵的输出压力。关闭阀门，此时表上的压力即为泵的输出压力，标准值不小于8MPa。如果过低，说明油泵内部泄露严重，应大修或更换油泵。检查不同转速下系统的压力差。完全开通阀门，提高发动机转速，分别记录发动机转速为1000r/min和3000r/min时的压力值，两者之差应小于0.15MPa，如果不符合，则应维修或更换流量控制阀。检查无负荷时的压力。完全开通阀门，此时系统处于无负荷状态，压力值标准为0.8-1MPa。油压如果过大，说明液压系统内部有堵塞。检查方向盘极限位置的压力。完全开通阀门，原地分别向左和向右转动方向盘极限位置，此时表上的压力值不应小于8MPa，如果压力过小，说明转向器内漏严重，需要大修或者更换。转向压力开关的检测。油泵上安装有一路开关，其作用是，当汽车在发动机怠速或者低速转弯时接通，提高发动机的怠速转速。使发动机熄火，拨开压力开关的接头，在油泵的插座上连接欧姆表，再重新起动发动机。逐渐关闭阀门，使油压升高，然后观察开关接通时的压力值是否为115-210MPa，逐渐打开阀门，使油压降低，然后观察开关接通时的压力值是否为107-112MPa。如果有一项不符合，更换开关。压力检查完后，拆下专用测试工具，接好油管后，要注意重新给系统排气，补足油液。 结论论文分析了不同种类汽车的转向系统，以及他们各自的工作原理和优缺点。最后分析了转向系统的常见故障，对不同的故障现象提出了各自的解决办法。论文在最后对液压助力转向机构的故障进行了特别的分析。致谢在学院学习生活的三年里，我在各位老师孜孜不倦地教诲下，通过自己的努力，顺利完成了大学三年的学习任务。首先，应当感谢学院的各级领导给我们营造了良好的学习氛围和舒适的生活环境，以及对我们学业上的重视与关怀，特别是对本次毕业设计给予了大量人力、物力的支持。在本次毕业设计中，我的指导教师严谨细致、不辞辛劳和精益求精的教学态度，使我深受感动，这对我在本次毕业设计中取得的成绩起了决定性的作用，在此致以衷心的感谢。当然，也要感谢在设计中关心帮助过我的各位同学。我知道我的这次设计还存在着许多缺陷和不完善的地方，将会在今后的生活和工作中不断的去学习。参考文献[1] 丛树林,张彬.汽车底盘构造与维修[M].北京：人民交通出版社.2011.[2] 陈德阳.汽车底盘构造图册.北京：人民交通出版社.2010.[3] 蔡兴旺.付晓光.汽车构造与原理(上册)[M].北京：机械工业出版社.2010.[4] 蔡兴旺.付晓光.汽车构造与原理(下册)[M].北京：机械工业出版社.2010.[5] 屠卫星.汽车底盘构造与维修[M].北京：人民交通出版社.2010.[6] 李家本.汽车底盘构造与维修实训[M].北京：中央广播电视大学出版社.2010.[7] 宋年秀,王东杰,刘超.图解汽车底盘构造与拆装[M].北京：中国电力出版社.2008.[8] 图解新型汽车底盘构造与拆装[M].北京：机械出版社.2011.[9] 黎亚洲.汽车底盘构造与维修图解[M].北京：电子工业出版社.2009.[10] 刘文苹.汽车底盘构造与检修[M].北京：化学工业出版社.2010.[11] 张立飞,赵健.汽车底盘构造与维修[M]. 北京：北京理工大学出版社.2010.[12] 黄华友.汽车底盘构造与维修[M].北京：电子工业出版社.2010.[13] 孔令来.汽车底盘构造与维修[M].北京：机械工业出版社.2010.[14] 王家青.汽车底盘构造与维修[M].北京：人民交通出版社.2011.
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[摘 要]火电厂辅机设备的状态检修技术开发是电厂状态检修整体技术的重要部分，热工研究院开发采用的离线状态监测＋在线系统安全性监测＋在线系统经济性监测＋综合故障诊断与维修决策支持模式，是一个具有自主知识产权的新尝试。在福建电厂的成功实施表明，这种新模式比较适合中国电厂实际情况和需求，实现了创新性和实用性相结合的开发要求。 一、背景 随着电力体制改革的深入，发电厂对发电成本的控制越来越严格，如何合理的减少维修费用，同时有效提高运行安全性己是当务之急。汽轮机、锅炉等主机虽然是关键设备，但其制造技术已较成熟，监测技术也较完善，故其可靠性都比较高，由于火电厂系统复杂，而一些辅机设备往往是火电厂设备状态监测的薄弱环节，是造成机组非计划停机的主要原因之一，保证辅机设备的安全运行是电厂日常维护和维修的重要内容。同时，任何一个系统或主要辅机设备的故障都会影响电厂的经济性，造成发电成本的增加。因此，开展火电厂辅机状态监测工作，保证火电机组主要辅机设备良好的运行状态，达到优化检修的目的，具有十分重要的意义。近年来，针对辅机部件的状态监测和诊断技术的发展十分迅速，辅机部件（电动机和转动部件等）的状态监测技术已经成熟。主要的技术包括： 1. 振动诊断技术； 2. 油液分析技术； 3. 红外线设备诊断技术； 4. 超声波泄漏监听技术。振动监测技术主要是应用在线和便携式振动监测仪器，对设备的振动频谱进行连续或经常性检测，以分析设备的振动特性，判断运行状态变化趋势，为设备的运行和维修提供信息。油液分析主要是对润滑油的成分、污染度、机器磨损状况进行检测，以掌握润滑油的变质情况，判断磨损状态变化趋势，为设备的运行和维修提供信息。红外线设备诊断技术主要是使用便携式红外线检测仪，对电机设备的外壳超温状况进行检测，以发现设备的超温部位，采取及时维修措施。声波泄漏监听装置，也是利用超声波的特性，对设备发出的微小泄漏声音进行检测，以找出设备的泄漏部位，采取及时维修措施。国外辅机部件状态监测技术的发展已经成熟，监测装置和分析软件也比较先进，在国内电厂的应用越来越普遍。但在应用中发现，这些监测技术往往是独立的，主要是针对具体部件点的状况，并不能够全面监测辅机系统的状况；一般不能够全面综合的分析设备变化趋势，即不具有综合诊断故障功能。如何给出设备的整体状态诊断结果，为维修决策提供更全面的支持依据，有必要进行进一步的研究。二、 辅机状态检修关键技术研究简介该研究项目是国家电力公司状态检修课题的子项目，并作为与福建省电力有限公司、福建省电力试验研究院和厦门华夏国际电力发展有限公司合作课题，列为福建省电力公司2000年研究课题。主要研究内容包括：? 辅机状态检修模式的探讨；? 辅机状态监测技术的选择与实施；? 系统安全性监测技术的开发；? 系统运行经济性监测技术的开发；? 辅机状态综合诊断系统的开发；? 依托工程电厂实施；通过3年的努力。福建实施项目已经基本完成，并通过了福建省科委组织的鉴定。太仓电厂实施项目仍在进行中。 1. 辅机状态检修基本模式的探讨研究表明，辅机的维修类型主要包括：设备故障导致功能下降而维修，系统安全性下降导致的维修，系统性能（经济性）下降导致的维修等三个方面。以往的监测技术，主要注重辅机部件点的状态变化，而在系统层面上的变化没有给以重视，显然是不合理的。目前在国内推行的辅机振动状态监测方式包括在线和离线两种，在线方式费用高，信息量大，已在山东等一些电厂采用。而离线监测方式实际上早已在电厂普遍采用，近年来随着监测仪器的性能提高，离线监测的准确性已相当高，完全可以满足设备状态监测的需要，因而没有必要采用在线方式，同样可以达到满意效果。为此，热工研究院设计了辅机设备离线与在线相结合，安全性监测与经济性监测相结合，设备监测与系统监测相结合的新模式，即：离线设备状态监测＋ 在线系统安全性监测＋ 在线系统运行经济性监测＋ 综合故障诊断与维修决策支持该模式充分考虑到中国电厂辅机运行状况和状态检修技术需求，力图提供一个完整的中国电厂辅机状态检修整体解决方案。 2. 辅机状态监测技术的选择与应用该课题在厦门华夏国际电力公司300MW 1、2号机组主要辅机上进行试点。采用国外成熟的振动监测、油液分析、电机马达监测和红外热成像等多种监测技术，定期对电厂主要辅机（旋转机械设备）的状态进行离线监测，包括有送、引风机、一次风机，给水泵、凝结水泵、循环水泵等。监测的主要内容包括辅机设备的振动、润滑油品质、电机的运行状况，转子笼条断裂、定子和转子间的机械偏心，设备的热像图（温度分布图）等。经过各方两年多的共同努力，监测工作己逐步走向规范，取得了阶段性成果。在振动监测方面，1A引风机开始监测时，其1号瓦（电机外伸端）、2号瓦（电机联轴器端）的轴向振动逐步增大，超过合格值4.5mm/s，最大分别为10.13 mm/s和5.52 mm/s，尤其是1号瓦振动接近危险值，严重影响机组的安全运行。根据分析，1号瓦轴承垂直和水平振动均在合格范围内，为 1.2 mm/s和 3.3 mm/s，说明引起轴向振动偏大的原因不是由于激振力大引起，分析其频谱图，主要是3倍频和5倍频的分量为主，而且2号瓦存在同样的问题，初步分析为风机转子止推轴承工作游隙过大引起的振动异常。由于1A引风机轴承自投用以来5年没有更换，决定在2002年4月的小修中对1、2号轴承及风机的止推轴承解体检查，确认止推轴承工作游隙过大。经更换1、2号轴承并调整好止推轴承工作间隙后，故障消除，其振动均在合格范围内。2001年5月，采用电机故障诊断仪对辅机设备进行监测，成功地诊断出2号机组电动给水泵电机出现的笼条断裂故障，电厂据此对电机进行及时的检修，避免事故的进一步恶化。2001年11月 5日和 12月 10日在电厂 1号机辅机，包括引风机润滑和液压系统、一次风机、送风机、凝结水泵、汽动给水泵、电动给水泵、循环水泵共计14台设备的轴承润滑油系统进行取样分析时，发现1A、1B引风机电机润滑油箱内存在大量可见的悬浮硬颗粒，1A、1B循环水泵在推力轴承故障后没有进行彻底清理而残留大量的磨损颗粒，颗粒度检测结果均超过NAS12级。由于大量颗粒超过滤芯精度，将会引起滤芯失效和破损，同时滤芯的堵塞会造成供油不稳，影响轴承转动面油膜的厚度，引起润滑不良；另外大颗粒进入轴承转动面间，还会引起磨料切削磨损，加剧了轴承磨损，缩短使用寿命，影响辅机运行稳定性。同时，由于颗粒度基数太大，不仅会掩盖轻度磨损的检测，而且还会堵塞传感器，损坏仪器。为此及时向电厂提出处理建议。进行油箱滤油处理，跟踪内部颗粒度变化情况。在红外监测方面，对主要辅机电机轴承进行监测。2001年5月大修后不久发现1A引风机轴承温度偏高。经检查发现由于轴承方向放置不当引起轴的轴向位移导致导油环和甩油环之间严重的磨损，2002年4月份机组小修时更换轴承，故障排除，截至 2002年11月，1A引风机的轴承温度有所下降。 3. 系统安全性监测技术的开发辅机系统的安全时电厂关心的重要方面，为此开发了烟风系统、泵组的安全监测系统。如电站风机尤其是轴流式风机，其本身具有较大的失速区，当风机运行在该区域时，风机内气流压力波动剧烈，当气流压力波动频率与叶片本身固有频率成整数倍时，容易引起风机叶片谐振、导致断裂，同时亦造成一次、二次风压及炉膛负压剧烈波动，影响燃烧、导致机组跳机。各种风机因其叶型不同，其失速区范围亦不同，我们通过冷态试验进行标定，同时建立实时失速报警系统，则当运行点接近失速区时，可提前采取措施。 图1 轴流风机实时特性曲线 4. 系统运行经济性监测技术的开发电站风机实际运行状况体现了锅炉运行的烟风阻力特性。而锅炉的烟风系统的阻力特性是随着机组的运行时间的延长而变化的，可通过电站风机的实际运行参数描绘锅炉不断变化的烟风阻力特性，同时显示出风机运行效率的变化，检测表盘开度与实际开度的偏差，为锅炉大修和风机改造提供依据。反映泵组性能的特征参数主要有温度、压力、流量、功率、电流、电压和转速等。对采集到的状态参数，通过分析计算给出泵组的性能参数，如效率、扬程等，并且与设计参数相比较，分析性能欠佳的主要原因，指出运行调整的方法和步骤。图4 风机状态监测主界面图5 泵组状态监测软件主界面 5. 辅机状态综合诊断系统的开发包括电站风烟系统故障诊断系统和电站泵组故障诊断系统两部分。电站风机故障预测及诊断维修的关键在于当设备的振动水平超过设定的报警值后能快速、准确地诊断出振动原因，并根据综合分析结果给出相应的处理方案。电站风机的振动故障主要表现在：轴承损坏、质量不平衡、弯轴、联轴器不对中、机械松动等问题。泵组故障诊断的主要内容有轴系振动、轴承温度、油液分析等，采用轴系振动、轴承温度和液力偶合器工作油温度等状态参数，分析评价泵组的运行水平，预测和诊断泵组故障，及时消除隐患，提高设备可用率。热工研究院开发了通用诊断平台，并在此基础上构建了辅机故障诊断软件，可实现包括振动在内的综合故障分析和诊断，并给出解决的措施。专家可以通过诊断平台建立诊断规则，并利用建立的规则模拟专家思维，对设备实现状态诊断，并可在电厂方便的进行规则修订。系统由知识获取、系统诊断和接口设计三部分构成。其主要特点有：图6 可视化的图形专家规则编辑器? 系统体现了电厂专用辅机设备监测的特点，弥补了电厂DCS和MIS系统中辅机运行状态监测的一些功能盲点，增加系统安全性、经济性监测功能，为维修和设备安全运行提供决策支持；? 根据电厂设备类别，内置了所需要的计算公式和分析模型，集成了电力专家的知识库，具有诊断功能，? 具有一定的组态功能；? 采用了当前比较先进的多层分布软件开发技术，提高软件的运行速度；? 系统实施方便，稳定可靠、操作方便、扩展性强、界面友好，维护量小。同时，开发的故障诊断和维修决策支持系统具有远程诊断功能，可采用就地管理＋远程管理的二级管理的模式，在电厂设立一级状态监测工作站，根据不同设备和不同监测技术进行具体的监测工作，并将采集的离线数据输入到故障诊断和维修决策支持系统，这项工作由经过培训的电厂点检人员完成。远程设立设备状态监测中心，通过广域网远程访问发电厂侧的状态监测工作站，对辅机设备的运行状态进行远程监测，利用故障分析和诊断系统对设备的异常数据进行分析和诊断，判断设备状态的发展趋势，并向电厂定期提交短、中长期趋势分析和诊断报告。 三、 结束语通过三年的研究开发，热工研究院在辅机状态检修关键技术方面取得突破，主要包括以下几个方面： 1. 通过实际应用，提出并确定了中国电厂实施辅机状态检修的一种新模式； 2. 将多种监测技术如振动监测、油液分析、电机马达监测和红外热成像等集成在一起，实现对主要辅机的运行状态综合离线监测，效果比在线监测好，费用少。 3. 开发的系统安全性监测系统在线监测辅机整体的安全性，开阔了监测的范围，弥补了单个设备监测的不足，实现了硬故障和软故障的同时监测，具有创新性； 4. 开发的系统经济性监测系统在线监测辅机整体的性能，确立了监测经济性而完善维修决策的方法，实现了安全性和经济性综合监测以合理安排检修时间和检修周期新模式，具有创新性； 5. 开发的通用诊断平台软件具有先进性，适合主机、辅机的诊断软件构建，满足预知性维修的需求，同时提供远程诊断功能； 6. 设立远程诊断中心，建立辅机状态监测数据库，将多种监测数据集成在统一的数据库下，便于数据的管理和应用。实现电厂、研究院二级管理模式。
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大型火电厂输煤程控系统的网络控制系统设计 这篇可以么？但是是发表过得，需要的话给我留言
天津奥特泵业 牛经理潜水泵常见故障及解决方法1 潜水泵运转有异常振动、不稳定1.1 水泵运转有异常振动、不稳定，其主要原因：(1)水泵底座地脚螺栓未拧紧或松动；(2)出水管路没有加独立支撑，管道振动影响到水泵上；(3)叶轮质量不平衡甚至损坏或安装松动；(4)水泵上下轴承损坏。1.2 排除措施(1)均匀拧紧所有地脚螺栓；(2)对水泵的出水管道设独立稳固的支撑，不让水泵的出水管法兰承重；(3)修理或更换叶轮；(4)更换水泵的上下轴承。2 潜水泵不出水或流量不足2.1 潜水泵在运行过程中常出现流量不足或不出水，其主要原因：(1)水泵安装高度过高，使得叶轮浸没深度不够，导致水泵出水量下降；(2)水泵转向相反；(3)出水阀门不能打开；(4)出水管路不畅通或叶轮被堵塞；(5)水泵下端耐磨圈磨损严重或被杂物堵塞；(6)抽送液体密度过大或粘度过高；(7)叶轮脱落或损坏；(8)多台水泵共用管路输出时，没有安装单向阀门或单向阀门密封不严。2.2 排除措施(1)控制水泵安装标高的允许偏差，不可随意扩大；(2)水泵试运转前先空转电动机，核对转向使之与水泵一致。使用过程中出现上述情况应检查电源相序是否改变；(3)检查阀门，并经常对阀门进行维护；(4)清理管路及叶轮的堵塞物，经常打捞蓄水池内杂物：(5)清理杂物或更换耐磨圈；(6)寻找水质变化的原因并加以治理；(7)加固或更换叶轮；(8)检查原因后加装或更换单向阀门。3 电流过大电机过载或超温保护动作3.1 造成电流过大电机过载或超温保护动作的主要原因：(1)工作电压中过低或过高；(2)水泵内部有动静部件擦碰或叶轮与密封圈磨擦；(3)扬程低、流量大造成电动机功率与水泵特性不符；(4)抽送的密度较大或粘度较高；(5)轴承损坏。4.2 排除措施(1)检查电源电压，调整输电压；(2)判断磨擦部件位置，消除故障；(3)调整阀门降低流量，使电动机功率与水泵相匹配；(4)检查水质变化原因，改变水泵的工作条件；(5)更换电机两端的轴承。4 绝缘电阻偏低4.1 绝缘电阻偏低其主要原因：(1)电源线安装时端头浸没在水中或电源线、信号线破损引起进水；(2)机械密封磨损或没安装到位；(3)O型圈老化，失去作用。4.2 排除措施(1)更换电缆线或信号线，烘干电机；(2)更换上下机械密封，烘干电机；(3)更换所有密封圈，烘干电机。5 水泵管配件渗漏5.1 水泵管路中，管道或法兰连接处，经常有明显的渗漏水现象。其主要原因：(1)管道本身有缺陷，未经过压力试验；(2)法兰连接处的垫片接头未处理好；(3)法兰螺栓未用合理的方式拧紧。5.2 排除措施有缺陷的管子应予以修复甚至更换，对接管子的中心偏离过大的应拆掉重排，对准后连接螺栓应在基本自由的状态下插入拧紧，管路全部安装完后，应进行系统的耐压强度和渗漏实验。必须更换新的。6 水泵停机时倒转6.1 水泵电动机断电后水泵会发生倒转，主要原因是因为出水管道中的止回阀或拍门失灵。6.2 排除措施安装前应进行检查，止回阀的安装方向要正确，拍门中心是否对准，启闭应灵活自如。运行时经常检查止回阀或拍门，对损坏的部分修理或者更换保证质量的止回阀或拍门。7 水泵内部泄漏7.1 潜水泵发生漏水时，导致绝缘破坏、轴承浸水、报警系统报警，迫使机组停止运行。其主要原因：潜水泵的动密封(机械密封)或静密封(电缆进口专用密封、0型密封圈)损坏造成渗水，动力电缆或信号电缆破损造成渗水。各种报警信号如浸水、泄漏、湿度等报警停机。7.2 排除措施安装前，应检查各密封部件的质量；安装时必须保证各密封部件端面接触良好；在运行前检查电动机的相间和接地绝缘电阻以及各报警系统的传感元器件是否完好。运行过程中发生上述故障时，更换所有损坏的密封件和电缆并且烘干电机。对拆卸的密封件和电缆不得再使用
治金动力.PDF钢铁工业循环冷却水处理发展中的几点建议杨作清
摘要：投加水处理药剂是水处理中一种常用的方法。本文以絮凝剂，杀生剂为主，介绍了它们的发展现状，使用的局限性，分析了各种主要药剂的应用前景。1、前言水处理剂是工业用水、生活用水、废水处理过程中必需的化学药剂，通过使用这些化学药剂，可使水达到一定的质量要求。它的主要作用是控制水垢和污泥的形成、减少泡沫、减少与水接触的材料腐蚀、除去水中的悬浮固体和有毒物质、除臭脱色、软化水质等。目前由于世界各国用水量急剧增加，同时各种环保法规（水净化法）相继制定，而且要求日益严格，所以对于各类高效的水处理药剂增长很快。在我国，与日益严峻的水资源危机矛盾的是水处理药剂的生产能力很低，质量也得不到保证，所以加快我国水处理药剂这一环保材料产业的发展迫在眉睫。水处理药剂包括絮凝剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀生剂、分散剂、清洗剂、预膜剂、消泡剂、脱色剂、螯合剂、除氧剂及离子交换树脂等。本文将对絮凝剂和杀生剂作系统地介绍。2、絮凝剂絮凝技术的关键是絮凝剂的选择。絮凝剂可分为无机、有机和微生物絮凝剂。2.1、无机絮凝剂无机低分子絮凝剂有氯化铝、硫酸铝、硫酸铁、氯化铁等。其聚集速度慢，形成的絮状物小，腐蚀性强，在水处理过程中存在较大的问题，而逐渐被无机高分子絮凝剂所取代。无机高分子絮凝剂是在传统铝盐、铁盐的基础上发展起来的一种新型的水处理剂，价格较低廉，净水效果好。聚合氯化铝(PAC)的混凝性能好，生成的矾花大，投药量少，效率高，沉降快，适合水质范围较宽。主要用于饮用水和工业给水的净化。同时还能用于去除水中所含的铁、锰、铬、铅等重金属，以及氟化物和水中含油等，故可用于处理多种工业废水。聚合氯化铝铁（PAFC）是一种新型的无机高分子净水剂，产品中铝铁二者的配比是可调的，以适应不同水质的需求，已分别在石化、钢铁、煤炭工业等废水的净化处理中得到应用。结果表明，该药剂质优、价廉，是一种新型、高效、稳定的净水剂，具有广泛的应用前景。有人通过实验比较得出PAFC的净水效果稍好于PAC，但PAFC加药成本比PAC少得多。聚合硫酸铁具有良好的絮凝和吸附作用，广泛应用于原水，饮用水、自来水、工业用水、工业废水及生活污水的处理。聚合硫酸铝(PAS)是一种使用最广的混凝剂，主要用于饮用水和工业用水的净化处理。聚硅酸盐是在聚硅酸及传统的铝盐、铁盐基础上发展起来的。高度聚合的硅酸与金属离子一起可产生良好的混凝效果。通过把金属离子的电中和能力和聚硅酸的吸附架桥能力结合在一起，使复合产物具有较强的电中和与吸附架桥作用，达到更好的净水效果。它们的絮凝脱稳性能远超过聚硅酸和聚金属离子，同聚硅酸相比，不但提高了稳定性，且增加了电中和能力;同聚金属离子相比，则增强了粘结架桥性能。以聚合硅酸硫酸铝（PASS）、聚硅氯化铝（PASC）和硅铁复合无机高分子絮凝剂为代表的复合无机高分子絮凝剂，成功应用在给水、工业废水以及城市污水的各种流程中，现已成为主流絮凝剂。但是，无机高分子絮凝剂的相对分子质量和粒度以及絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差很多，且存在对进一步水解反应的不稳定性问题。2.2有机高分子絮凝剂与无机絮凝剂相比，合成有机高分子絮凝剂用量少，絮凝速度快，受共存盐类、介质pH及环境温度影响小，生成污泥量也少;而且有机高分子絮凝剂分子可带—COO、—NH—、SO3、—OH等亲电基团，可具链状、环状等多种结构，利于污染物进入絮体，脱色性好。一般有机絮凝剂的色度去除较无机絮凝剂高20％左右.目前应用较为广泛的是聚丙烯酰胺类。它能适应多种絮凝对象，用量少，效率高，生成的泥渣少，后处理容易。常与其它无机絮凝剂复配，如与氯化铝的复配使用。但合成高分子絮凝剂其单体或水解、降解产物常常有毒，如聚丙烯酰胺(PAM)的单体，有神经毒性和致畸、致癌、致突变的“三致”效应。2.3微生物絮凝剂微生物絮凝剂是利用生物技术，从微生物或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效、能自然降解的新型水处理剂，至今发现具有絮凝性的微生物已超过17种，包括霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等。它分为：(1)直接利用微生物细胞的絮凝剂，如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母，他们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中；(2)利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，如酵母细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酰葡萄糖胺等成分；(3)利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂，微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物是细胞的荚膜和粘液质，除水外，其主要成分为多糖及少量多肽、蛋白质、脂类及其复合物。其中多糖在某种程度上可用做絮凝剂。迄今为止，发现的絮凝效果最好的微生物絮凝剂是红平诺卡氏菌NOC-1。可用于畜产废水处理，膨胀污泥的沉降及纸浆废水(黑液)颜料废水等有色废水的脱色，效果显著。虽然，对微生物絮凝剂的研究屡有报道，但大多处于实验室研究阶段，未走向工业应用。我国这方面的起步较晚，目前的研究仅限于菌种筛选。成都生物研究所分离筛选初步获得6株微生物絮凝剂产生菌，用其发酵离心上清液对造纸黑液，皮革废水，偶氮染料废水，硫化染料废水，电镀废水，彩印制板废水，石油化工废水，造币废水及蓝黑水，碳素墨水等进行的絮凝试验表明，废水固液分离效果良好，COD去除率55％—98％，悬浮物，色度、浊度去除率90％以上。上海大学环境科学系在污水处理厂的回流污泥及底泥中分离，筛选出3株絮凝剂产生菌.该菌株所产培养液可使土壤悬液浊度去除率达99％以上，使碱性染料废水COD去除率为70％左右，色度去除为92％左右。目前，絮凝剂正向价廉实用、无毒高效的方向发展。有机高分子絮凝剂将逐渐取代目前被广泛使用的无机絮凝剂，另一方面，微生物絮凝剂具有使用稳定性、安全性、高效性及低耗性。是当今最具发展前途的絮凝之一。所以，未来的发展不仅要开发新型廉价高效的微生物絮凝剂，还要研究微生物絮凝剂与其他絮凝剂的配合使用。已有试验表明，二者配合使用，可以互补， 不仅可以提高絮凝效率，而且还可降低投加量。3、杀生剂杀生剂是在循环冷却水系统中，用以杀死微生物（菌藻）以阻止其大量繁殖致使冷却水系统中的金属设备发生腐蚀及事故，影响正常运行的水处理药剂。根据杀生机制分为氧化性杀生剂和非氧化性杀生剂。3.1氧化性杀生剂氯气是一种强氧化性杀生剂，其杀菌力强，价格低廉，使用较简单，是当今应用最广泛的杀生剂之一。但不适于碱性水处理。另外，它可能与水中有机物生成致癌物三卤甲烷，因而限制了它的应用。于是溴类、臭氧、二氧化氯相继为人们所重视。溴类杀生剂主要有溴化钠、溴化海因、活性溴、溴化丙酰胺等。溴化丙酰胺是近年来开发出的一类氧化性杀生剂，其中2，2-二溴-3-氮川丙酰胺是一种非常有效的广谱杀生剂。随着冷却水pH值和温度的升高，它的半衰期迅速变短，对环境污染小。臭氧具有十分优良的杀菌活性，剥离粘泥作用较强，同时还兼具缓蚀阻垢作用，用它处理循环冷却水，其浓缩倍数可达30～50。但由于成本较高，目前还未被广泛采用。二氧化氯对细胞壁有较强的吸引和穿透能力，它对冷却水中存在的主要危害菌种如异养菌、铁细菌、硫酸盐还原菌等都有很好的杀灭作用。它的特点是用量少、高效、快速、药效持续时间长。如2mg/L的二氧化氯作用30s后就能杀死近100％的微生物;在pH为8.6，活菌数达71万个/ml的水中投加0.5mg/L的二氧化氯作用12h后，对异养菌的杀菌率保持在99％以上。另外，它能不受pH的影响，不与水中氨、有机胺类及酚类反应；不仅能杀死微生物，而且能分解残留的细胞结构，具有杀孢子和杀病毒的作用；适用于碱性水处理，对环境没有威胁。在我国，以前由于它的不稳定性限制了其推广应用。近年来，一些厂家已先后批量生产稳定性二氧化氯，南京某公司还推出了化学法二氧化氯发生器，其设计独特，操作简便，安全可靠。用二氧化氯取代氯气作为工业循环冷却水的杀生剂具有很多的优越性，特别是对于合成氨厂，化工厂和炼油厂的冷却水系统，由于系统中有机物和氨的含量高，需氯量大，pH值偏碱性，用二氧化氯取代氯气可以取得更好的经济、环境效益。3.2非氧化性杀生剂非氧化性杀生剂种类较多，应用较早的氯酚类因毒性大，易污染水体，渐渐被弃之不用。有机胺类使用也极少。二硫氰基甲烷是使用较早的有机硫化物杀生剂。对于抑制藻类、真菌和细菌，尤其是硫酸盐还原菌十分有效。但不适宜在碱性冷却水系统中使用。异噻唑啉酮是一类较新的有机硫化物杀生剂。该类杀生剂是通过断开细菌和藻类蛋白质的键而起杀生作用的，浓度为0.5mg/L时，即能有效地抑制冷却水系统中的藻类、真菌和细菌，具有广谱高效、作用时间长(0.5mg/L的加入量，使用5周后仍有效)、低毒、pH使用范围广、配伍性混溶性好、不起泡沫，并能阻止粘泥生成等优点。国外已广泛应用于冷却水处理中。季铵盐杀生剂因其成本低，毒性小，且兼具缓蚀性。故得到广泛的应用，但使用中还存在易产生抗药性、费用增加，起泡，加重腐蚀等问题。鉴于此，新合成的十六烷基辛基二甲基溴化铵(168)和十六烷基癸基二甲基溴化铵(1610)两种双烷基季铵盐，改变了季铵盐的表面活性和分子稳定性，它产生的泡沫少，杀生活性也得以提高。戊二醛具有高效广谱的杀菌灭藻作用，对生物粘泥也有一定的剥离作用。美国联合碳化物公司生产了系列戊二醛水处理杀生剂A515、A525、A530等，试验证明，A515对异养菌等具有明显的杀生作用，且药效持续时间长，72h后杀菌率仍有90％以上;它适用于碱性水处理，与磷系药剂具有良好的配伍性。武汉某公司近年推出戊二醛系列用于循环冷却水系统，效果明显。在对冷却水的推荐使用浓度下，戊二醛几乎没有毒性，它的水溶液本身会发生生物降解。随着社会环保意识的加强，戊二醛类杀生剂将大有发展前途。开发新型杀生剂，要考虑价格、毒性，使用安全性，贮存稳定性、微生物耐药性等因素外，还应考虑杀生剂的复配间的协同效应，复配在一起，既能增强杀生能力，又能降低加药量。4、水处理药剂的发展方向4.1专用水处理药剂的开发为了满足不同废水系统(如造纸废水、印染废水、食品加工废水等)的需要，专用性强，针对某一类化学物质的品种的研制与开发势在必行。4.2多功能水处理药剂的开发多功能水处理剂是水处理药剂研究的一个重要方面，这类新型水处理技术的出现，将开拓水处理剂的生产和应用范围，对化学法处理工业水的发展有重大的促进作用。这方面的研究主要有：缓蚀-阻垢剂、絮凝-缓蚀剂、絮凝-杀菌剂、絮凝-杀菌-缓蚀剂、絮凝-缓蚀-阻垢剂等。4.3绿色水处理药剂的发展水处理药剂绿色化发展中，无毒、无害、易生物降解都是方向。最典型的绿色水处理药剂是近年来国内外开发的分散阻垢剂聚天冬氨酸（PASP）。PASP是合成的一种生物高分子。有良好的生物相溶性和可生物降解性。毒理学的研究揭示出聚天冬氨酸（PASP）无毒、无敏感或无突变的效果。4.4高性价比的水处理药剂的开发目前高性能的药剂价格普遍偏高，可通过寻找价廉易得的原料研制出高性能产品，也可通过加强对复配技术的研究，即添加廉价辅助剂，减少药剂的实际用量，同时保持净水效能而达降低成本的目的。