喬鳳杰，白晶

(哈爾濱電力職業(yè)技術學院動力工程系，哈爾濱150030)

能源是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎，如果能源的供給出現(xiàn)問題就會給國家經(jīng)濟發(fā)展水平帶來重大的阻礙［1－2］?，F(xiàn)階段，我國的能源利用率很低，因此必須要注重節(jié)能?；鹆Πl(fā)電廠是能源消耗的大戶，而在火力發(fā)電廠中，電廠水泵消耗的能量又是非常巨大的［3－4］。因此，在使得電廠運行穩(wěn)定的前提下，采用一定的節(jié)能措施和設備改造方案來降低水泵的耗功量，是電廠常用的節(jié)能手段［5－6］。

電廠水泵不僅是發(fā)電廠重要的輔機設備，而且其安全、經(jīng)濟運行也是電廠發(fā)電機組穩(wěn)定運行的關鍵。電廠水泵是火電機組眾多設備中故障率較高的一個。所以，為了保證機組能夠正常運行，必須要加強對電廠水泵故障的診斷和分析，以及優(yōu)化處理手段，減少電廠水泵的故障率。對于電廠水泵的研究，可參照一般設備故障診斷的方法，即先全面整理電廠水泵運行情況，對其進行分析，找出可能的節(jié)能改造方案;然后根據(jù)電廠水泵每次出現(xiàn)故障前的征兆進行分析和研究，查找出其特性，并加以對比和整理，根據(jù)情況的不同做好分類;最后根據(jù)故障的不同，采用針對性的解決方案，逐步實現(xiàn)故障集合和方案集合的對接，避免設備的過度維修和維修不足的情況出現(xiàn)，從而使得設備的利用率有所提高，進而降低電廠的運行成本［7］。

在火電廠中，水泵的應用是非常廣泛的，而且非常分散，這就使得電廠水泵不能像鍋爐和汽輪機等設備一樣，配備功能十分健全的智能監(jiān)測系統(tǒng)。從經(jīng)濟角度來講，配備眾多的價格昂貴的監(jiān)測系統(tǒng)花費很大，實現(xiàn)起來非常的困難。目前，針對電廠水泵的運行監(jiān)測，基本上還處于人工監(jiān)測的水平，通過定期的檢查，大小修期間的檢查，或者是事故后的檢查。但是，這種檢查對降低電廠水泵的事故率沒有太大的作用，所以建立有效的故障監(jiān)測和診斷手段是非常有必要的，能夠隨時掌握設備運行的狀況，避免突發(fā)性事故的發(fā)生，還能降低設備的維修成本，增加設備可利用的時間，從而提高設備的運行效益。因此，研究電廠水泵的狀態(tài)監(jiān)測與診斷有重要的意義。

1 電廠水泵常見故障及原因分析

水泵是火力發(fā)電廠應用非常廣泛的設備，對電廠的安全和經(jīng)濟運行有著重要的影響。電廠水泵按原理可以分為離心式水泵、軸流式水泵和混流式水泵三類。

電廠主要有三類水泵用途，即一是給水泵，二是循環(huán)水泵，三是凝結水泵。

1.1 電廠水泵的故障機理

電廠水泵的故障原因可以分為機械原因、水力原因、電氣原因三類，下面進行具體的分析。

(1)電廠水泵故障的機械原因主要有以下的方面，包括電機和水泵轉動部件的質(zhì)量不平衡、中心不對中以及水泵的轉速與泵體的固有頻率一致而引起共振。這些原因都會引起水泵的強烈的振動并發(fā)出很大的噪音。

1)電機和水泵轉動部件的質(zhì)量不平衡分為初始時的不平衡和運行過程中的不平衡。初始狀態(tài)，由于制造工藝不達標導致質(zhì)量分布不均，從而影響泵的平衡性;在運行過程中，泵中流動的介質(zhì)會對泵體造成一定的腐蝕和磨損，介質(zhì)中含有的雜質(zhì)導致泵體結垢，也會造成泵的質(zhì)量分布不均，從而影響泵的平衡性。在水泵的運行過程中還有一種情況會引起水泵的故障，那就是轉子上的零部件脫落或者異物進入水泵，此類故障為突發(fā)性的不平衡，其表現(xiàn)為振動值突然性的增大，隨后會降低并穩(wěn)定在一個高于正常值的振動點上。

2)轉子不對中即水泵的軸與電機的軸不在一條直線上，分為聯(lián)軸器不對中和軸承不對中，其中聯(lián)軸器不對中可分為以下三種情況，如圖1所示。

圖1 聯(lián)軸器不對中的情況

3)轉子固有振動頻率和轉速時的頻率一致時則會發(fā)生共振，為了減少共振，一般會把水泵的基礎結構設計得很大，因為基礎振動與泵的整體質(zhì)量之間成反比的關系。當基礎松動時，就會導致較大的振動現(xiàn)象出現(xiàn)，基礎松動會導致系統(tǒng)的固有頻率改變，并且更加容易產(chǎn)生共振，這種情況對水泵的安全性危害很大。

(2)水泵水力方面的振動有汽蝕和喘振兩種情況。氣蝕是凝結水泵的泵內(nèi)流到某處液體的壓強下降到等于或低于當時液體溫度下飽和壓力時，液體中就會有氣泡出現(xiàn)，當氣泡破裂時會產(chǎn)生很大的壓力，從而對水泵造成很大的傷害。喘振是當管內(nèi)的流體處于不穩(wěn)定流動階段，流量出現(xiàn)周期性的變化的情況，此種情況下會有很大的振動和噪音。

(3)水泵的電氣方面

電機內(nèi)部磁場的不平衡以及電氣整體系統(tǒng)運行的故障，是引起較大振動和較強噪音的原因。當出現(xiàn)這類故障時，要檢查并校正水泵的軸，并且控制運行的參數(shù)在水泵的允許的范圍之內(nèi)，必要時需要停機拆開泵的整體來解除故障，使得水泵恢復正常運行。

2 電廠水泵故障層次分類診斷方法

層次分類診斷通過將不同層次的知識有機結合并組織在一個模型之中，能夠發(fā)揮出知識的更大作用，這類模型的一大特點是非常適用于層次特性非常明顯的診斷對象。本文所使用的診斷方法即為層次分類診斷法，該方法具有非常高的診斷效率，結果也比較可信。

對診斷對象進行分層的方法一般可以分為三種，即結構分解法、功能分解法和故障分解法。結構分解法重在分析診斷對象的拆裝順序，將相同的部件進行組合，不同的部件做好分類;功能上的分解是從診斷對象的總體功能上進行分解，不斷的向下層的子功能進行細分;故障分解是指對故障對象的故障類型進行分解，從機理上對故障原因進行分析，將相同機理的故障進行整合。

圖2 層次分類診斷模型結構圖

圖2為層次分類診斷模型的結構圖。標準的模型總共分為三個部分，即輸入部分、輸出部分和映射部分，輸入部分是從具體的事例中提取關鍵的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行抽象，映射關系為輸入部分和輸出部分的匹配關系。對診斷問題來說，也可以用分類問題表示。

水泵故障層次分類診斷法的具體步驟如下:

(1)對所要研究的水泵對象的結構進行分解，找出每個部分所對應的主從關系，可以使用樹狀結構方式，將系統(tǒng)的本身放在最頂層，其次是組成系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，然后是組成子系統(tǒng)的部件，直到最后一層為止。

(2)建立概念節(jié)點。首先提出可能的概念節(jié)點，其次對其進行驗證，如果概念節(jié)點確實存在，則其所對應的故障是存在的，從而可以對該概念節(jié)點進行更細一步的劃分，直到不能再提取概念節(jié)點為止。

(3)將故障信號作為“具體事例”進行提取，對故障進行分析并且將征兆參數(shù)進行“數(shù)據(jù)抽象”。最后找出對應關系，并輸出故障節(jié)點。

圖3為根據(jù)電廠水泵常見的振動故障所作出的故障分類層次圖。

圖3 水泵常見故障分類層次圖

3 電廠凝水泵故障分析及治理方法

以某電廠凝結水泵故障為例進行分析。水泵的類型為立式，即電機位于水泵的上方，中間是聯(lián)軸器。在某次大修期間對該水泵進行了變頻改造，改造后850 r/min和900 r/min兩個區(qū)域內(nèi)的振動增加明顯。因為這個區(qū)間是水泵正常運行時的區(qū)間，所以會給水泵的正常運行造成極大的危險性，必須要降低該區(qū)間內(nèi)凝結水泵的振動值。通過振動測試，得到以下數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 振動測試所得結果

通過對振動測試所得結果進行分析可得一下結果:水泵的振動主要為基礎頻率的振動，所以可以得到其性質(zhì)為強迫式的;在轉速為900 r/min時，振動最為嚴重，振動的峰值達到了205 μm，這說明在該轉速下，凝結水泵的振動嚴重超標。

為了找出水泵故障超標的原因，采用上文給出的故障層次診斷方法進行分析。測量了不同部位的振動情況，所得結果如表2所示。

表2 不同部位振動情況

從表2中可以看出，振動的幅值隨著轉速的升高先增大，然后逐漸減小。在轉速為780 rpm和900 rpm時出現(xiàn)了兩個振動峰值。振動值偏大的原因主要有兩個:一種原因是由于泵的轉動處于臨界轉速，此時泵軸對泵體的激振力增加，從而增加泵體的振動量;另一種原因是泵轉速和本體共振。分析本文的研究對象可得故障的主要原因是第二種。

對于共振原因?qū)е碌恼穹蟮膯栴}，需要采取避開共振區(qū)域的方法來解決問題。對于凝結泵來講，可以通過改變泵的固有頻率來解決，也通過改變泵的工作轉速來解決。

本文所采取的方案是改變泵的固有頻率的方法，即在筒體上加裝加強筋板的方法。分別在筒體四周加上四條加強筋板，如圖4所示。改裝完成后，筒體固有頻率和泵的工作頻率不再一致，具體結果如表3所示。

圖4 加裝加固筋

表3 不同部位振動情況

4 結論

本文主要介紹了電廠水泵的故障分析及整治方法，通過案例的分析可以得到以下結論:

(1)層次分類診斷方法要優(yōu)于傳統(tǒng)的分析方法。運用該方法能夠很好對電廠水泵的故障進行診斷和分析，找出問題的關鍵點，從而尋求解決途徑。

(2)本文成功解決了電廠凝結水泵多個轉速下轉動超標的問題，對提高水泵的穩(wěn)定性起到了顯著地作用，該案例對今后相同類型故障具有典型性的指導意義。

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