土卡河水电厂渗漏排水泵改造

刘晓军

摘 要：土卡河水电厂渗漏排水泵为长轴深井泵，运行中经常发生振动超标缺陷，通过对长轴深井泵与潜水深井泵结构性能、电机性能、运行性能、经济性四方面的对比，对渗漏排水泵进行了改造，更换为潜水深井泵，解决了常发生振动超标问题。

关键词：长轴深井泵； 振动； 潜水深井泵； 对比； 改造；

1、 设备概述

土卡河水电厂位于云南省普洱市江城县和红河州绿春县的交界处，电厂以发电为主，厂房安装3台单机容量为55MW的轴流转浆式水轮发电机组，总装机容量为165MW，保证出力30 MW，多年平均发电量7.066×108kW·h。厂房渗漏集水井装有3台长轴深井泵，主要用于厂房内发电机冷凝排水、蜗壳鼻端排水、发电机消防柜漏水、厂房结构等漏水排水，设备相关技术参数如下：

表1

深井泵 电机

型号 300RJC60-11.5 型号 YLB200-2-4

扬程（m）

57.5 额定电压（V） 380

额定流量（m 3/h） 160 额定电流（A） 71

额定转速（r/min） 1460 额定功率（KW） 37

额定效率 80% 接线方式 三角型

2、设备运行存在问题

2.1、运行中存在问题

土卡河水电厂因厂房墙体渗水较多，当汛期机组长时间运行时，主轴密封润滑水、导水机构等处也存在一定渗漏情况，导致3台渗漏排水泵启动频繁，而机组所处河流含沙量较高，渗漏水汇集到集水井，经过沉淀后，集水井底部及水泵排水口处尘沙较多，水泵刚刚启动排水时，传动轴与支架轴承为干摩擦启动，同时因水中含有大量沙粒，导致轴承磨损过快，使轴承间隙变大，运行中传动轴弯曲变形，3台水泵均出现振动变大情况，其中3号排水泵最大，测量振动值有13.4 mm/s。

2.2、水泵振动评价标准

根据泵的振动测量与评价方法（JB/T 8097-1999）标准中相关规定，为了评价泵的振动级别，按泵的中心高和泵的转速将泵分为4类（如表2所示）。卧式排水泵的中心高规定为由泵的轴线到泵的底座上平面的距离，立式排水泵没有中心高，为了评价其振动级别，将立式排水泵出口法兰密封面到泵轴线间的距离（如图1中H所示）规定为它的相当中心高。

表2

mm

≤225 225-550 >550

r/min

第一类 ≤1800 ≤1000 -

第二类 1800-4500 1000-1800 600-1500

第三类 4500-12000 1800-4500 1500-3600

第四类 - 4500-12000 3600-12000

图1 深井泵中心高标识

泵的振动级别分为A、B、C、D共4级，其中D级为不合格。对泵的振动进行评价时，首先按泵的中心高和转速查表2确定泵的类别，然后根据泵的振动烈度级别查表3，则可以得到泵的振动级别。

表3

振动烈度 振动烈度分界线（mm/s） 第一类 第二类 第三类 第四类

0.28

A A A A

0.45

0.71

1.12 B

1.80 B

2.80 C B

4.50 D C B

7.10

D C

11.20

D C

18.00

D

28.00

45.00

查阅土卡河渗漏排水泵相关参数，可得中心高为305mm，转速为1460 r/min，属于第二类。因此3号渗漏排水泵振动值处于D区，处于不合格。

3、处理方案对比

针对水泵振动超标原因，我们及时对其进行了处理，对轴承进行了更换，因泵轴弯曲较大，进行校正后，运行中仍存在较大振动，于是将泵轴也进行了更换，但运行不到2年时，又出现上述问题，再次导致水泵振动值超标。

考虑到水泵频繁出现上述故障，每次更换轴套、泵轴修复费用较高，拆装修复时间也较长，于是将长轴深井泵相关性能与潜水深井泵进行了对比，以决定是否可以对其进行更换改造。

3.1、结构性能对比

长轴深井泵的电机安装在泵座上，泵座安放在集水井顶板上，泵头放在集水井底部，电机与泵头通过传动轴及扬水管连接，中间高程为25m，由11根传动轴连接，传动轴靠安放于扬水管中的支架轴承固定，由于下井深度较大，同时水中含沙较多，长时间运行便不可避免的造成泵轴与轴承磨损，进而造成水泵振动加大，甚至泵轴弯曲。

潜水深井泵直接安放在集水井底部，扬水管上面连接泵座，下面连接电机和泵头。电机与泵头之间通过联轴器直接相连，且均安装在水下。由于泵与电机直接相连，不存在较长泵轴，因此防沙较容易控制，不会产生因磨损造成的振动，同时传动效率较高。

结构对比表如下：

表4

序号 主要组成部件 长轴深井泵 潜水深井泵 备注

1 电机 立式干式电机

定子

转子

推力轴承

下导轴承

止逆装置

油槽

风扇

调节螺母

连轴装置等 潜水电机

定子

轉子

推力轴承

上导轴承

下导轴承

机械密封

调节囊等 潜水泵结构简单

2 扬水管 扬水管

传动轴

联轴器

支架

支架轴承 扬水管 潜水泵结构简单

3 泵座 泵座

填料箱组装

填料

电机轴 弯头部件 潜水泵结构简单

4 水泵 上壳组装

中壳组装

下壳组装

叶轮

叶轮轴

滤水器 上壳组装

中壳组装

电机接头

叶轮

叶轮轴

绿水网 基本一致

3.2、电机性能对比

长轴深井泵与潜水深井泵主要不同点在于电机的安装位置，长轴深井泵电机安装在整个泵最頂端，因不在水下，电机为干式安装，电机防护等级较低为IP54，但由于采用风冷，电机运行温度较高，通常使用温度为60-90℃，所以相比于潜水式电机，其绝缘等级要高一些。同时电机结构较复杂，需配有推力装置、轴承润滑装置、止推装置、泵串量调节装置等设备，因此重量较大。

潜水泵电机因安装在水下，因此其防护等级较高为IP68，但同时位于水下，采用水冷方式，电机运行温度较低，一般不会超过40℃，所以电机绝缘寿命将大大延长。现相关制造技术已经较成熟，国际知名产品可以免维护运行三十年。同时因结构简单，价格相比同功率长轴深井泵电机相差不多，但维护工作量大大较小，不需经常添加润滑油、润滑脂及更换调料等工作。

因此从电机价格、寿命及维护工作量上，潜水深井泵电机优势较大。

3.3、运行性能对比

长轴深井泵电机由于通过11根泵轴与泵头相连，泵头摆动较大，加之水中含沙较多，发生故障的可能性也增加，而潜水深井泵电机与泵头直接相连，因而泵头摆动明显减小，发生故障可能性也降低。

长轴深井泵电机下端轴承是径向导轴承，上端轴承是向心推力轴承，所以轴本身振动便较大，而潜水深井泵电机上、下端轴承都是径向导轴承，因而其振动变小。

因此，潜水深井泵的运行稳定性要比长轴深井泵高。

4、改造效果

根据上述对比，将长轴深井泵更换为防砂免维护型潜水深井泵。改造后，水泵运行正常，未发生任何故障。

参考文献：

[1] JB/T 8097-1999，泵的振动测量与评价方法[S]

[2] 周雄. 水电站排水系统泵型比较[J]. 水力机械技术， 2010年，（1）：35-43.