泵站水泵机组振动的原因分析及处理措施

赵国勋

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃景泰 730400）

0 前言

泵机组的振动问题与常规的动力设备有着很大的区别。除了要注意电机自身的旋转和静止部位的振动以外，还要注意到电机的电磁动力和液压对电机和电机的过流区的液压引起的振动。当一个单位运行时，流体--机械--电磁三个方面是互相作用的。由此需要对水泵机组轴系产生振动的机理进行详细研究，根据实际工程情况探讨其故障发生的具体原因，找到解决措施。

1 工程背景

甘肃省景泰川电力提灌工程是跨省区、高扬程、多梯级、大流量的大Ⅱ型电力提灌工程，有泵站43座，建成干、支、斗渠1391 条2422 公里，总投资8.56亿元。工程原设计流量28.6 立方米/秒，加大流量33立方米/秒，装机容量25.97 万千瓦，设计灌溉面积82.47万亩。工程更新改造后，设计流量37.4立方米/秒，加大流量43.89立方米/秒，装机容量30.6万千瓦，设计灌溉面积114.57万亩。

2 水泵机组振动问题发现与原因分析

2.1 问题发现

工程平均每年运行9个多月，在日常的使用和保养中，发现水泵机组的检修频次较高，每个月发生1-2 次。比如二期九泵4 号机组1 个月检修3 次，9 个月2 次检修，11、12 个月1 次。水泵在未达大修工况条件下经常发生事故，对泵站的安全用水造成了一定的隐患。

通过对6 个泵、电动机的轴进行调中，并对各机组的工作状态进行跟踪，以确定其故障的成因。通过追踪，我们可以看出，泵的失效是一个逐步的步骤：

首先，振动的大小从很低到很大；其次，轴承的温度上升；最后，在轴承内部出现了奇怪的摩擦声。在进行拆装检修时，发现了轴承座有一定的损伤[1]。

2.2 原因分析

2.2.1 观察明渠低水位运行期间是否能够满足要求

在明渠抽水时，抽水口多，抽水过程中，抽水流量对抽水系统的影响很大。当明槽处于低位时，当泵的实际抽上高度超出了设定值时，会使泵发生空化，造成泵的振动，使泵与电动机的轴向发生偏离，使主轴承受不均匀，从而造成对维持器的破坏。

已经决定了泵的安装高度（H允），并且由泵的抽吸管损耗扬程（h吸损）和进入槽在干水期的最低点（h低）来计算出泵的最高安装高度（H吸实），也就是在泵的轴向和干水期表面的竖直水平。而且由于其自身的安全高度已被确定，因此在低水位运行过程中，核定水泵的安装高度能否符合下列公式：

该公式中的H允一般都是在水泵铭牌被标注，该泵站中的水泵H允为3.6m，因为泵站管道没有安装底阀，因此h吸损取值为1.2m，明渠最低水位为-1.0m，带入到上述公式中，可计算得出H吸实=1.4m。本水泵的安装高程为0.8m，较理论计算值1.4m低，这也是促使本泵站发生水泵振动问题最直接的原因。

2.2.2 观察水泵机组安装的结构是否满足其实际需求。

泵站抽水机和电动机底座的安装方式为整体式钢架结构，由厚度约为10mm厚度的钢板所焊接得到的，基础高度为40-50cm之间，钢板的截面积为：

在底座安装中采取的8个M24螺栓需要固定在混凝土预制件上。

（1）对机组弹性位移量进行分析与计算。根据资料分析，碳钢弹性模型为Eg=200GPa，这时如果利用截面积为Ah=2.3m2的混凝土基座，那么所选取的C30 型号混凝土应当保持Eh=30GPa 的弹性模量。而通过对钢筋砼进行的振动分析，应该采用比静态弹性系数高30%-50%的动态弹性系数，所以通常采用40%左右的动态弹性系数。因此在此基础上，混凝土的动态弹性系数应该是42GPa，二者之间的位移之比为：

将相关数据带入到上述公式中，结果表明，二者之间的位移比为5.03。由分析可知，在相同的电动机上，后板地基的变形比混凝土基础的变形要大。

（2）分析材料的膨胀问题。水泵与电动机底座是在相同的钢板底座上进行的，因为电动机在运转过程中要发热，所以水泵与水箱的水温是一样的，所以电动机和底座的表面温度要比泵端的要高得多[2]。通过对实验结果的分析，发现在28℃的室温下，电动机一侧的温度为57.5℃，而泵的一侧为29.1℃。泵车和电动机的直径为0.9m，其膨胀率为（16.6-17.1）×10-6。在泵装配过程中，耦合器的连接状态良好，也就是电动机的主轴和泵轴处于同一水平，工作平稳后，物料因升温而发生膨胀，使电动机的轴线比泵的轴线高，二者的偏差可达0.435mm。有关标准规定，电动机和泵轴的容许偏差值为0.16mm，而实际上，它们的偏差值几乎是容许的2.7倍。

结果表明：电动机基础弹性位移过大，物料膨胀不均匀，会使泵轴与电动机轴同心度发生变化，并随运转时间的延长而增大，使水泵机组出现振动，当振动幅度增大时，轴承内的受力会发生改变，在热温度上升之后，轴承保持器会断裂。

3 解决措施

3.1 具体解决措施

其实施方法是：用切割机床把原来的钢架基部一刀两断；在原有的地面水泥预制块四周打60根M18钢筋；以60 根M14筋的植筋胶植筋为竖筋；在原有的钢架周围，按上下三个水平分层设置横向钢筋；横梁两端与竖向钢筋、钢筋进行了连接；在钢筋铺设完毕后，采用支模进行高等级砼的浇注；强化维护，半个多个月后，将模板移走，并在基座上镶嵌瓷砖；安装好后，对电动机的抽油机进行了调校；通过测试后可对其机组开机试运行[3]。

3.2 可行性分析

电动机底座由钢结构转变为钢筋混凝土结构，其优点如下：①电动机底座的截面面积增加，弹性位移减少，并减少了由于位移引起的水力位移。泵轴与马达的同心程度；②钢筋混凝土是一种较差的导电材料，它能防止钢筋混凝土的温度上升太快，从而减少因材料的膨胀而产生的热量。造成偏心率增加的影响，保证了水泵机组的正常工作。

4 效果分析

4.1 数据对比分析

本次解决措施将水泵的基础材料转变为钢筋混凝土之后，有效降低了运行期间所产生的热传导，极大的缩减了电机轴与水泵轴的偏心距，促使其误差可被控制在［Δh］=0.16mm的范围内。

在钢结构中，其电机轴与水泵轴偏心距为Δh=0.263mm，也就是改造前大于标准的0.16mm，而钢筋混凝土结构的Δh=0.012mm，表示在改造之后小于标准的0.16mm。通过水泵与电机温度在基础改造前后的测量数据可以看出，在基础材料改造之后的水泵，有效的减小了电机轴与水泵轴之间的偏心距。

4.2 运行检修对比分析

本次检修过程，减少了泵站的抽水次数，增加了同一台水泵的维护周期。在全月工况下，水泵由原来的30 天检修一次到改造后约2300 小时。一次检修后，水泵从被动维修改为主动维修。

5 结语

综上所述，通过分析水泵机组振动原因，制定相应处理方案，分析该方案的可行性，通过检验该方案的实施效果分析证明此解决措施有效。