入津濱泵站水泵機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）

入津濱泵站水泵機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）

入津濱泵站在運行過程中頻繁出現水泵軸承體溫度升高、軸承保持架損壞等故障，對可能產生的因素進行分析找出原因，制定解決方案。

振動；軸承；維修；供水工程

1 泵站概況

入津濱水廠供水加壓泵站（以下簡稱入津濱泵站）屬于天津市南水北調工程，在天津市南水北調工程實現通水前由引灤明渠向津濱水廠輸送引灤水，南水北調工程通水后入津濱泵站再恢復為向大港塘沽輸水。泵站于2010年1月開工，6月竣工，設計年輸水量為9 000萬m3，泵站日供水量20萬m3，裝有6臺機組，運行方式為4臺運行、1臺檢修、1臺備用。水泵為KQSN400-M13-481型單極雙吸式離心泵，配套4臺電機為Y4006-4型500 kW異步電動機和2臺YJTF4006-4型500 kW變頻電機。

2 問題發現

入津濱泵站投入運行后，每月平均運行2 300臺時，每天平均開4臺機組。在運行維護中發現水泵機組維修頻率高，每月都會出現1～2次。如，7號機組曾在1個月維修3次，9號機組在1個月維修2次，11和12號機組在1個月各維修1次。水泵機組在沒有達到檢修運行臺時的前提下頻繁出現故障，給泵站安全供水帶來隱患。為此，找出水泵機組出現故障的原因并從根本上消除安全隱患，這成為泵站運行管理的重中之重。

為了查找故障原因，對6臺水泵和電機的軸心進行調中，然后跟蹤每臺水泵的運行工況。經過跟蹤，發現水泵出現故障有一個循序漸進的過程：首先產生振動，振動幅度由小變大；然后軸承體溫度升高；最后軸承內有研磨異響。解體維修過程中，發現軸承保持架存在不同程度的損壞。

綜上所述，無序振動是造成入津濱泵站水泵機組頻繁故障的主要原因，找出產生無序振動的原因是解決問題的關鍵。

3 成因分析

引起水泵機組振動的因素較多，造成如此普遍危害程度的應該是泵站的整體結構布局，不是某臺水泵機組的特殊因素，因此主要從水泵本身的技術特性和水泵機組的安裝結構兩方面進行分析。

3.1 明渠低水位運行時是否滿足要求

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較大。如果明渠水位在較低水位運行時，水泵實際吸上高程超過設計范圍，水泵就會產生汽蝕，引起水泵振動，導致水泵和電機的軸心產生偏差，高速運轉的軸承受力不均產生熱量進而引起保持架的損壞。

水泵安裝高度已確定，根據泵銘牌規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程（h吸損）和進水池在枯水期的最低水位（h低）可以計算出水泵最大安裝高度（H吸實），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確定，通過計算核定水泵安裝高度在低水位運行時是否滿足要求公式為：

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

入津濱泵站水泵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），經計算得到H吸實為1.4 m。

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

3.2 水泵機組安裝結構是否滿足運行要求

入津濱泵站水泵和電機安裝形式為鋼結構一體底座，由鋼板（約10 mm）焊接而成，基礎高度約40～50 cm，鋼板截面Ag=9.6×10-2m2，鋼結構底座用8個M24螺栓固定在混凝土預制件上。

（1）彈性位移量分析。根據有關資料，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。而計算混凝土振動應采用動彈性模量，動彈性模量一般高出靜彈性模量的30%～50%，一般取40%，因此混凝土動彈性模量應為42 GPa，兩者彈性位移量（振動量）之比為：

將有關數據代入式（2），經計算得出兩者彈性位移量之比為5.03。結果表明，同一電機采用厚鋼板基礎比采用混凝土澆筑基礎彈性位移量要大5.03倍。

（2）材料膨脹分析。水泵與電機基礎被焊接在同一鋼基礎上，由于電機運行中要產生熱量，水泵和水溫一致，因此電機側及基礎金屬結構溫度明顯高出水泵側金屬結構溫度。在室內溫度為28℃時，利用紅外探測儀檢測，電機側溫度為57.5℃，水泵側溫度為29.1℃。水泵及電機軸以下鋼材高度0.9 m，工程用鋼膨脹系數為（16.6～17.1）×10-6。當水泵安裝時聯軸器連接狀況完好，即電機軸與水泵軸在同一條直線上，在運行穩定后，由于溫度升高材料膨脹，導致電機軸高于水泵軸，兩者允許偏心距誤差為0.435 mm。

相關規范要求電機軸與水泵軸允許偏心距誤差為0.16 mm，而實際偏心距已經達到允許偏心距誤差的近2.7倍。

綜上所述，電機基礎彈性位移量過大和材料膨脹不均勻造成水泵軸和電機軸同心度發生變化，隨著運行時間的增加同心度偏差加大，引起水泵機組振動，隨著振動幅度的增加引起軸承內部受力發生變化，產生熱量溫度升高，最后導致軸承保持架的破碎。

4 解決方法

4.1 可行性分析

將電機基礎由原來的鋼結構改為鋼筋混凝土結構，這樣做的好處有：①增大了電機基座的截面面積，減小了彈性位移量，降低因彈性位移量對水泵軸和電機軸同心度的影響；②鋼筋混凝土相對于金屬來說是熱的不良導體，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致偏心距增大所產生的影響，確保水泵機組安全運行。

4.2 解決方法

具體做法為：將原有鋼結構底座用切割機一分為二；在原地板混凝土預制件周圍鉆孔M18鋼筋60個；用植筋膠植筋60個M14鋼筋作為立筋；在原鋼結構周邊分上中下3層均勻布置橫筋；橫筋兩頭分別與立筋和鋼結構焊接牢固；鋼筋布置好后，支模板澆筑高標號混凝土；加強養護，半月后拆除模板，在底座上鑲砌面磚；牢固后調試電機水泵同心度；合格后開機試運行。

5 效果

5.1 數據對比

水泵基礎材料由原來的鋼結構更改為鋼筋混凝土結構后，有效地降低了運行時產生的熱傳導，大大縮減了電機軸與水泵軸的偏心距，使誤差控制在[Δh]=0.16 mm范圍內。以7號泵為例，測得基礎改造前后水泵和電機測溫數據，見表1。

表1 基礎改造前后水泵和電機測溫數據

鋼結構電機軸與水泵軸偏心距Δh=0.263 mm，即改造前Δh=0.263 mm＞標準[Δh]=0.16 mm。鋼筋混凝土結構電機軸與水泵軸偏心距Δh=0.012 mm，即改造后Δh=0.012 mm＜標準[Δh]=0.16 mm。

由數據明顯看出，基礎材料改造后的水泵有效地減小了電機軸與水泵軸的偏心距。

5.2 運行檢修對比

入津濱泵站水泵維修次數減少，同臺水泵維修周期延長。水泵在滿月運行的情況下，從改造前的平均30 d檢修1次變為改造后運行2 300臺時左右檢修1次，水泵由被動維修變為主動維護。

6 結語

水泵和電機的基礎共同安裝在同一鋼結構基礎上便于安裝和同心度的調整，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，增加了泵站運行成本，在選擇安裝形式時應引起重視。

TV685

B

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行維護工作。