楊春紅，路明利

（天津市引灤工程爾王莊管理處，天津301802）

入津?yàn)I泵站水泵機(jī)組常見問題原因分析與處理

楊春紅，路明利

（天津市引灤工程爾王莊管理處，天津301802）

入津?yàn)I泵站在運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)水泵軸承體溫度升高、軸承保持架損壞等故障，對(duì)可能產(chǎn)生的因素進(jìn)行分析找出原因，制定解決方案。

振動(dòng)；軸承；維修；供水工程

1 泵站概況

入津?yàn)I水廠供水加壓泵站（以下簡(jiǎn)稱入津?yàn)I泵站）屬于天津市南水北調(diào)工程，在天津市南水北調(diào)工程實(shí)現(xiàn)通水前由引灤明渠向津?yàn)I水廠輸送引灤水，南水北調(diào)工程通水后入津?yàn)I泵站再恢復(fù)為向大港塘沽輸水。泵站于2010年1月開工，6月竣工，設(shè)計(jì)年輸水量為9 000萬m3，泵站日供水量20萬m3，裝有6臺(tái)機(jī)組，運(yùn)行方式為4臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)檢修、1臺(tái)備用。水泵為KQSN400-M13-481型單極雙吸式離心泵，配套4臺(tái)電機(jī)為Y4006-4型500 kW異步電動(dòng)機(jī)和2臺(tái)YJTF4006-4型500 kW變頻電機(jī)。

2 問題發(fā)現(xiàn)

入津?yàn)I泵站投入運(yùn)行后，每月平均運(yùn)行2 300臺(tái)時(shí)，每天平均開4臺(tái)機(jī)組。在運(yùn)行維護(hù)中發(fā)現(xiàn)水泵機(jī)組維修頻率高，每月都會(huì)出現(xiàn)1～2次。如，7號(hào)機(jī)組曾在1個(gè)月維修3次，9號(hào)機(jī)組在1個(gè)月維修2次，11和12號(hào)機(jī)組在1個(gè)月各維修1次。水泵機(jī)組在沒有達(dá)到檢修運(yùn)行臺(tái)時(shí)的前提下頻繁出現(xiàn)故障，給泵站安全供水帶來隱患。為此，找出水泵機(jī)組出現(xiàn)故障的原因并從根本上消除安全隱患，這成為泵站運(yùn)行管理的重中之重。

為了查找故障原因，對(duì)6臺(tái)水泵和電機(jī)的軸心進(jìn)行調(diào)中，然后跟蹤每臺(tái)水泵的運(yùn)行工況。經(jīng)過跟蹤，發(fā)現(xiàn)水泵出現(xiàn)故障有一個(gè)循序漸進(jìn)的過程：首先產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)幅度由小變大；然后軸承體溫度升高；最后軸承內(nèi)有研磨異響。解體維修過程中，發(fā)現(xiàn)軸承保持架存在不同程度的損壞。

綜上所述，無序振動(dòng)是造成入津?yàn)I泵站水泵機(jī)組頻繁故障的主要原因，找出產(chǎn)生無序振動(dòng)的原因是解決問題的關(guān)鍵。

3 成因分析

引起水泵機(jī)組振動(dòng)的因素較多，造成如此普遍危害程度的應(yīng)該是泵站的整體結(jié)構(gòu)布局，不是某臺(tái)水泵機(jī)組的特殊因素，因此主要從水泵本身的技術(shù)特性和水泵機(jī)組的安裝結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行分析。

3.1 明渠低水位運(yùn)行時(shí)是否滿足要求

泵站從明渠取水，沿明渠泵站取水口較多，水位受泵站供水量影響波動(dòng)較大。如果明渠水位在較低水位運(yùn)行時(shí)，水泵實(shí)際吸上高程超過設(shè)計(jì)范圍，水泵就會(huì)產(chǎn)生汽蝕，引起水泵振動(dòng)，導(dǎo)致水泵和電機(jī)的軸心產(chǎn)生偏差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承受力不均產(chǎn)生熱量進(jìn)而引起保持架的損壞。

水泵安裝高度已確定，根據(jù)泵銘牌規(guī)定的允許吸上真空高度（H允）確定值，通過水泵吸水管損失揚(yáng)程（h吸損）和進(jìn)水池在枯水期的最低水位（h低）可以計(jì)算出水泵最大安裝高度（H吸實(shí)），即水泵軸心與枯水期水面之間垂直高度。由于水泵安裝高度已經(jīng)確定，通過計(jì)算核定水泵安裝高度在低水位運(yùn)行時(shí)是否滿足要求公式為：

式中：H允水泵銘牌上已標(biāo)明；在一般情況下，取h吸損＝1.2～2.5 m，如管道中有底閥時(shí)取大值，即h吸損＝2.5 m；如無底閥進(jìn)水阻力減小可取小值，即h吸損＝1.2 m。

入津?yàn)I泵站水泵H允為3.6 m，管道沒有底閥h吸損取1.2 m，明渠低水位最低-1.0 m（黃海高程，下同）。代入式（1），經(jīng)計(jì)算得到H吸實(shí)為1.4 m。

水泵安裝高程0.8 m，低于理論計(jì)算的1.4 m，這不是造成水泵振動(dòng)的直接原因。

3.2 水泵機(jī)組安裝結(jié)構(gòu)是否滿足運(yùn)行要求

入津?yàn)I泵站水泵和電機(jī)安裝形式為鋼結(jié)構(gòu)一體底座，由鋼板（約10 mm）焊接而成，基礎(chǔ)高度約40～50 cm，鋼板截面Ag=9.6×10-2m2，鋼結(jié)構(gòu)底座用8個(gè)M24螺栓固定在混凝土預(yù)制件上。

（1）彈性位移量分析。根據(jù)有關(guān)資料，碳鋼的彈性模量Eg=200 GPa。如果采用混凝土基座其截面Ah=2.3 m2，C30混凝土的靜彈性模量Eh=30 GPa。而計(jì)算混凝土振動(dòng)應(yīng)采用動(dòng)彈性模量，動(dòng)彈性模量一般高出靜彈性模量的30%～50%，一般取40%，因此混凝土動(dòng)彈性模量應(yīng)為42 GPa，兩者彈性位移量（振動(dòng)量）之比為：

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2），經(jīng)計(jì)算得出兩者彈性位移量之比為5.03。結(jié)果表明，同一電機(jī)采用厚鋼板基礎(chǔ)比采用混凝土澆筑基礎(chǔ)彈性位移量要大5.03倍。

（2）材料膨脹分析。水泵與電機(jī)基礎(chǔ)被焊接在同一鋼基礎(chǔ)上，由于電機(jī)運(yùn)行中要產(chǎn)生熱量，水泵和水溫一致，因此電機(jī)側(cè)及基礎(chǔ)金屬結(jié)構(gòu)溫度明顯高出水泵側(cè)金屬結(jié)構(gòu)溫度。在室內(nèi)溫度為28℃時(shí)，利用紅外探測(cè)儀檢測(cè)，電機(jī)側(cè)溫度為57.5℃，水泵側(cè)溫度為29.1℃。水泵及電機(jī)軸以下鋼材高度0.9 m，工程用鋼膨脹系數(shù)為（16.6～17.1）×10-6。當(dāng)水泵安裝時(shí)聯(lián)軸器連接狀況完好，即電機(jī)軸與水泵軸在同一條直線上，在運(yùn)行穩(wěn)定后，由于溫度升高材料膨脹，導(dǎo)致電機(jī)軸高于水泵軸，兩者允許偏心距誤差為0.435 mm。

相關(guān)規(guī)范要求電機(jī)軸與水泵軸允許偏心距誤差為0.16 mm，而實(shí)際偏心距已經(jīng)達(dá)到允許偏心距誤差的近2.7倍。

綜上所述，電機(jī)基礎(chǔ)彈性位移量過大和材料膨脹不均勻造成水泵軸和電機(jī)軸同心度發(fā)生變化，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加同心度偏差加大，引起水泵機(jī)組振動(dòng)，隨著振動(dòng)幅度的增加引起軸承內(nèi)部受力發(fā)生變化，產(chǎn)生熱量溫度升高，最后導(dǎo)致軸承保持架的破碎。

4 解決方法

4.1 可行性分析

將電機(jī)基礎(chǔ)由原來的鋼結(jié)構(gòu)改為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這樣做的好處有：①增大了電機(jī)基座的截面面積，減小了彈性位移量，降低因彈性位移量對(duì)水泵軸和電機(jī)軸同心度的影響；②鋼筋混凝土相對(duì)于金屬來說是熱的不良導(dǎo)體，使得鋼筋混凝土溫度不至于升高過大，從而降低由于材料膨脹作用導(dǎo)致偏心距增大所產(chǎn)生的影響，確保水泵機(jī)組安全運(yùn)行。

4.2 解決方法

具體做法為：將原有鋼結(jié)構(gòu)底座用切割機(jī)一分為二；在原地板混凝土預(yù)制件周圍鉆孔M18鋼筋60個(gè)；用植筋膠植筋60個(gè)M14鋼筋作為立筋；在原鋼結(jié)構(gòu)周邊分上中下3層均勻布置橫筋；橫筋兩頭分別與立筋和鋼結(jié)構(gòu)焊接牢固；鋼筋布置好后，支模板澆筑高標(biāo)號(hào)混凝土；加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，半月后拆除模板，在底座上鑲砌面磚；牢固后調(diào)試電機(jī)水泵同心度；合格后開機(jī)試運(yùn)行。

5 效果

5.1 數(shù)據(jù)對(duì)比

水泵基礎(chǔ)材料由原來的鋼結(jié)構(gòu)更改為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)后，有效地降低了運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)，大大縮減了電機(jī)軸與水泵軸的偏心距，使誤差控制在[Δh]=0.16 mm范圍內(nèi)。以7號(hào)泵為例，測(cè)得基礎(chǔ)改造前后水泵和電機(jī)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，見表1。

表1 基礎(chǔ)改造前后水泵和電機(jī)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)

鋼結(jié)構(gòu)電機(jī)軸與水泵軸偏心距Δh=0.263 mm，即改造前Δh=0.263 mm＞標(biāo)準(zhǔn)[Δh]=0.16 mm。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電機(jī)軸與水泵軸偏心距Δh=0.012 mm，即改造后Δh=0.012 mm＜標(biāo)準(zhǔn)[Δh]=0.16 mm。

由數(shù)據(jù)明顯看出，基礎(chǔ)材料改造后的水泵有效地減小了電機(jī)軸與水泵軸的偏心距。

5.2 運(yùn)行檢修對(duì)比

入津?yàn)I泵站水泵維修次數(shù)減少，同臺(tái)水泵維修周期延長(zhǎng)。水泵在滿月運(yùn)行的情況下，從改造前的平均30 d檢修1次變?yōu)楦脑旌筮\(yùn)行2 300臺(tái)時(shí)左右檢修1次，水泵由被動(dòng)維修變?yōu)橹鲃?dòng)維護(hù)。

6 結(jié)語

水泵和電機(jī)的基礎(chǔ)共同安裝在同一鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上便于安裝和同心度的調(diào)整，由于存在彈性變形和材料膨脹因素縮短了水泵的維修周期，增加了泵站運(yùn)行成本，在選擇安裝形式時(shí)應(yīng)引起重視。

TV685

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1004-7328（2014）04-0067-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.04.024

2014-03-13

楊春紅（1980-），女，工程師，主要從事水利工程運(yùn)行維護(hù)工作。