入津滨泵站水泵机组常见问题原因分析与处理

2014-02-15杨春红路明利

海河水利 2014年4期

关键词：偏心泵站水泵

杨春红，路明利

（天津市引滦工程尔王庄管理处，天津301802）

入津滨泵站水泵机组常见问题原因分析与处理

杨春红，路明利

（天津市引滦工程尔王庄管理处，天津301802）

入津滨泵站在运行过程中频繁出现水泵轴承体温度升高、轴承保持架损坏等故障，对可能产生的因素进行分析找出原因，制定解决方案。

振动；轴承；维修；供水工程

1 泵站概况

入津滨水厂供水加压泵站（以下简称入津滨泵站）属于天津市南水北调工程，在天津市南水北调工程实现通水前由引滦明渠向津滨水厂输送引滦水，南水北调工程通水后入津滨泵站再恢复为向大港塘沽输水。泵站于2010年1月开工，6月竣工，设计年输水量为9 000万m3，泵站日供水量20万m3，装有6台机组，运行方式为4台运行、1台检修、1台备用。水泵为KQSN400-M13-481型单极双吸式离心泵，配套4台电机为Y4006-4型500 kW异步电动机和2台YJTF4006-4型500 kW变频电机。

2 问题发现

入津滨泵站投入运行后，每月平均运行2 300台时，每天平均开4台机组。在运行维护中发现水泵机组维修频率高，每月都会出现1～2次。如，7号机组曾在1个月维修3次，9号机组在1个月维修2次，11和12号机组在1个月各维修1次。水泵机组在没有达到检修运行台时的前提下频繁出现故障，给泵站安全供水带来隐患。为此，找出水泵机组出现故障的原因并从根本上消除安全隐患，这成为泵站运行管理的重中之重。

为了查找故障原因，对6台水泵和电机的轴心进行调中，然后跟踪每台水泵的运行工况。经过跟踪，发现水泵出现故障有一个循序渐进的过程：首先产生振动，振动幅度由小变大；然后轴承体温度升高；最后轴承内有研磨异响。解体维修过程中，发现轴承保持架存在不同程度的损坏。

综上所述，无序振动是造成入津滨泵站水泵机组频繁故障的主要原因，找出产生无序振动的原因是解决问题的关键。

3 成因分析

引起水泵机组振动的因素较多，造成如此普遍危害程度的应该是泵站的整体结构布局，不是某台水泵机组的特殊因素，因此主要从水泵本身的技术特性和水泵机组的安装结构两方面进行分析。

3.1 明渠低水位运行时是否满足要求

泵站从明渠取水，沿明渠泵站取水口较多，水位受泵站供水量影响波动较大。如果明渠水位在较低水位运行时，水泵实际吸上高程超过设计范围，水泵就会产生汽蚀，引起水泵振动，导致水泵和电机的轴心产生偏差，高速运转的轴承受力不均产生热量进而引起保持架的损坏。

水泵安装高度已确定，根据泵铭牌规定的允许吸上真空高度（H允）确定值，通过水泵吸水管损失扬程（h吸损）和进水池在枯水期的最低水位（h低）可以计算出水泵最大安装高度（H吸实），即水泵轴心与枯水期水面之间垂直高度。由于水泵安装高度已经确定，通过计算核定水泵安装高度在低水位运行时是否满足要求公式为：

式中：H允水泵铭牌上已标明；在一般情况下，取h吸损＝1.2～2.5 m，如管道中有底阀时取大值，即h吸损＝2.5 m；如无底阀进水阻力减小可取小值，即h吸损＝1.2 m。

入津滨泵站水泵H允为3.6 m，管道没有底阀h吸损取1.2 m，明渠低水位最低-1.0 m（黄海高程，下同）。代入式（1），经计算得到H吸实为1.4 m。

水泵安装高程0.8 m，低于理论计算的1.4 m，这不是造成水泵振动的直接原因。

3.2 水泵机组安装结构是否满足运行要求

入津滨泵站水泵和电机安装形式为钢结构一体底座，由钢板（约10 mm）焊接而成，基础高度约40～50 cm，钢板截面Ag=9.6×10-2m2，钢结构底座用8个M24螺栓固定在混凝土预制件上。

（1）弹性位移量分析。根据有关资料，碳钢的弹性模量Eg=200 GPa。如果采用混凝土基座其截面Ah=2.3 m2，C30混凝土的静弹性模量Eh=30 GPa。而计算混凝土振动应采用动弹性模量，动弹性模量一般高出静弹性模量的30%～50%，一般取40%，因此混凝土动弹性模量应为42 GPa，两者弹性位移量（振动量）之比为：

将有关数据代入式（2），经计算得出两者弹性位移量之比为5.03。结果表明，同一电机采用厚钢板基础比采用混凝土浇筑基础弹性位移量要大5.03倍。

（2）材料膨胀分析。水泵与电机基础被焊接在同一钢基础上，由于电机运行中要产生热量，水泵和水温一致，因此电机侧及基础金属结构温度明显高出水泵侧金属结构温度。在室内温度为28℃时，利用红外探测仪检测，电机侧温度为57.5℃，水泵侧温度为29.1℃。水泵及电机轴以下钢材高度0.9 m，工程用钢膨胀系数为（16.6～17.1）×10-6。当水泵安装时联轴器连接状况完好，即电机轴与水泵轴在同一条直线上，在运行稳定后，由于温度升高材料膨胀，导致电机轴高于水泵轴，两者允许偏心距误差为0.435 mm。

相关规范要求电机轴与水泵轴允许偏心距误差为0.16 mm，而实际偏心距已经达到允许偏心距误差的近2.7倍。

综上所述，电机基础弹性位移量过大和材料膨胀不均匀造成水泵轴和电机轴同心度发生变化，随着运行时间的增加同心度偏差加大，引起水泵机组振动，随着振动幅度的增加引起轴承内部受力发生变化，产生热量温度升高，最后导致轴承保持架的破碎。

4 解决方法

4.1 可行性分析

将电机基础由原来的钢结构改为钢筋混凝土结构，这样做的好处有：①增大了电机基座的截面面积，减小了弹性位移量，降低因弹性位移量对水泵轴和电机轴同心度的影响；②钢筋混凝土相对于金属来说是热的不良导体，使得钢筋混凝土温度不至于升高过大，从而降低由于材料膨胀作用导致偏心距增大所产生的影响，确保水泵机组安全运行。

4.2 解决方法

具体做法为：将原有钢结构底座用切割机一分为二；在原地板混凝土预制件周围钻孔M18钢筋60个；用植筋胶植筋60个M14钢筋作为立筋；在原钢结构周边分上中下3层均匀布置横筋；横筋两头分别与立筋和钢结构焊接牢固；钢筋布置好后，支模板浇筑高标号混凝土；加强养护，半月后拆除模板，在底座上镶砌面砖；牢固后调试电机水泵同心度；合格后开机试运行。