離心式消防泵常見故障分析與預(yù)防對策

●郭艷麗

(武警學(xué)院 消防工程系，河北廊坊 065000)

為水、泡沫等滅火介質(zhì)提供動力源的離心式消防泵，是消防系統(tǒng)的核心裝置，而且離心式消防泵本身具有工作間歇性、性能參數(shù)高度可靠性、應(yīng)用范圍廣泛性、驅(qū)動方式多樣性等特點。因此，離心式消防泵的性能、工況等直接影響消防系統(tǒng)在緊急狀態(tài)下能否充分發(fā)揮其效能。為保證消防系統(tǒng)正常工作，準確分析判斷離心式消防泵在使用過程中出現(xiàn)的故障，并正確處置非常重要。

一、離心式消防泵結(jié)構(gòu)原理

離心式消防泵主要由泵殼、葉輪、泵軸、軸封裝置等組成，同時配以與泵相連的吸入管路、壓出管路、電動機等部件。在吸入管路上裝有濾網(wǎng)、底閥、真空表等，在壓出管路上有壓力表、調(diào)節(jié)閥門等。離心式消防泵是依靠高速回轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生的離心力甩出，以增加液體的靜壓能將液體從壓出口壓出，而液體被甩出后在吸入口形成一定的真空，液體從吸入口吸入，從而實現(xiàn)液體從低處到高處、從低壓到高壓以及水平沿程輸送的目的。離心式消防泵具有結(jié)構(gòu)簡單、布置緊湊、造價低、使用壽命長、便于安裝與管理、對流體適應(yīng)性強、輸液量大、輸出平衡等優(yōu)點。因而離心式消防泵作為動力源，在消防給水系統(tǒng)及車輛裝備上廣泛應(yīng)用。

二、離心式消防泵常見故障原因分析

(一)泵啟動后不能正常出水

1.存在氣縛現(xiàn)象

離心式消防泵啟動之前沒有排空泵殼內(nèi)殘存的空氣，由于空氣密度遠小于水的密度，致使啟動后葉輪雖然高速旋轉(zhuǎn)，但吸入口不能形成足夠的負壓，從而導(dǎo)致不能將液體吸入到泵殼內(nèi)。這種離心泵不能正常出液的現(xiàn)象稱為氣縛現(xiàn)象。若吸入管路存在泄漏，泵在運行過程中也會發(fā)生氣縛現(xiàn)象。具有自動灌泵功能的離心泵，若自動灌泵系統(tǒng)存在故障，也不能保證泵啟動前泵殼內(nèi)充滿被輸送的液體，從而影響泵的正常吸、排液。

2.誤認為泵殼內(nèi)已被灌滿液體

離心式消防泵停泵后沒有排空泵殼內(nèi)的液體，一段時間內(nèi)沒有啟動。當再次啟動后，由于吸入管路及底閥等部位存在閉合不嚴，導(dǎo)致泵殼內(nèi)液體漏掉，而操作者沒能及時發(fā)現(xiàn)泵殼內(nèi)未灌滿液體，致使消防泵不能正常工作。

3.吸水管未伸入到液面以下

離心式消防泵啟動時，尤其是安裝在消防車上的離心泵，沒有將與泵連接的吸入管插入到消防水槽或其他貯水設(shè)施的液面以下，導(dǎo)致泵啟動后不能正常出水。

4.泵啟動后未打開出水閥

泵正常啟動后應(yīng)緩緩打開出口管路上的閥門，直到達到額定流量參數(shù)。若操作者因疏忽大意或者由于平時缺乏必要的訓(xùn)練，在緊急狀態(tài)下忙中出錯，而沒有及時打開出水閥。這樣泵雖然啟動了，但仍然不能正常輸送消防用滅火劑。

5.泵的葉輪逆轉(zhuǎn)

離心式消防泵往往采用電動機驅(qū)動。若電動機的正負極接反了，就會導(dǎo)致泵的葉輪逆轉(zhuǎn)，尤其是新安裝的或維修、更換的泵。泵的葉輪逆轉(zhuǎn)，就不能將液體壓送到出口管路，而吸入口不能形成一定的真空，從而不能保證泵啟動后正常吸入、排出液體。

6.泵進出口管線設(shè)計存在缺陷

我國可溶巖分布達1/3以上國土面積，有22個省份有分布，其中以桂、黔、湘、贛、川、滇、鄂等省區(qū)最為發(fā)育。巖溶塌陷不僅造成工業(yè)與民用建筑毀壞，破壞交通和水利水電設(shè)施，還造成巖溶區(qū)嚴重的地質(zhì)環(huán)境惡化。基于此，國內(nèi)一些學(xué)者對巖溶塌陷形成條件和成因機理進行了深入研究，取得了豐碩成果 [1～6]。福建省巖溶塌陷主要集中發(fā)生于閩西南山間盆地覆蓋性巖溶區(qū)(龍巖新羅區(qū)、永安大湖、連城北團、三明市區(qū)等)[7,8]。本文所述巖溶塌陷位于三明市大田縣境內(nèi)覆蓋性巖溶區(qū)。在調(diào)查、勘查的基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)巖溶塌陷特征和成因進行了總結(jié)和分析。

與泵連接的吸入和壓出管路的直徑應(yīng)與泵的性能參數(shù)相匹配，通常吸入管徑稍大于壓出管徑。若泵出口管線設(shè)計不夠合理，直徑過大，會導(dǎo)致泵的輸出流量達不到工藝要求，從而影響泵的正常輸出液體。當吸入管路阻力過大時，消防泵吸入管路的真空表雖然有很大的真空度，但泵不能吸入液體，從而導(dǎo)致壓出管路無液體流出。若壓出管路阻力太大或葉輪旋轉(zhuǎn)受阻，消防泵壓出管路的壓力表雖然有壓力，但壓出管路也會沒有液體排出。

7.濾網(wǎng)、底閥或葉輪堵塞

濾網(wǎng)是為了防止雜質(zhì)被吸入泵內(nèi)而使管路、葉輪等出現(xiàn)堵塞或磨損;底閥是單向閥，防止液體從泵內(nèi)沿吸入管流出。若濾網(wǎng)、底閥或葉輪等部位存在堵塞現(xiàn)象，同樣會導(dǎo)致泵雖然啟動了，但不會有液體吸入，也不會有液體壓出。

(二)汽蝕現(xiàn)象導(dǎo)致泵損壞

離心泵的實際安裝高度不能超過其最大允許安裝高度，即泵吸入口距離吸入池(槽)等設(shè)施液面的最大垂直距離。離心泵安裝高度過高會導(dǎo)致汽蝕現(xiàn)象，此時泵啟動后若不能在規(guī)定時間內(nèi)停泵，將會在短時間內(nèi)導(dǎo)致葉輪、泵殼等產(chǎn)生蜂窩狀孔洞而使泵產(chǎn)生噪聲、振動或被損壞。同時，汽蝕現(xiàn)象還會進一步形成電化學(xué)腐蝕，加速金屬剝蝕的破壞速度。導(dǎo)致汽蝕現(xiàn)象的原因是泵的安裝高度不合適，致使葉輪葉片入口附近的液體壓力低于輸送溫度下液體的飽和蒸汽壓力時，液體就會在低壓區(qū)汽化形成氣泡［1］。氣泡隨著葉輪高速旋轉(zhuǎn)，運動到液體壓力較高處時被高壓液體壓破重新凝結(jié)而形成空穴。這樣，周圍的液體會以極高的速度和頻率沖過來補充氣泡凝結(jié)留下的空穴。若氣泡在葉輪、泵殼表面或附近被壓破，高速和高頻率沖過來的液體形成局部沖擊高壓，導(dǎo)致金屬表面出現(xiàn)蜂窩狀孔洞而使金屬產(chǎn)生疲勞破壞。

(三)產(chǎn)生振動或異常聲音

1.安裝不牢固，緊固件松動

離心式消防泵啟動后，葉輪會高速旋轉(zhuǎn)。若離心式消防泵的安裝不牢固，或者長時間運轉(zhuǎn)導(dǎo)致緊固件松動，會使泵在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動、噪聲，甚至在短時間被損壞。

2.泵體與泵軸安裝不正

液體經(jīng)過消防泵獲得的有效能量是從泵的葉輪獲得的，而葉輪獲得的能量是從泵軸得到的，泵軸獲得的能量又是由電動機提供的。泵在運行時，泵軸帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)。若泵體與泵軸安裝不正，會導(dǎo)致葉輪偏離與泵殼摩擦，從而產(chǎn)生振動，嚴重時會導(dǎo)致葉輪、泵殼損壞。

3.葉輪和密封環(huán)之間磨損

葉輪和密封環(huán)如不能保證良好的潤滑狀態(tài)，二者之間產(chǎn)生磨損使間隙增大，當間隙超過一定值時會導(dǎo)致泵產(chǎn)生振動、噪聲。磨損程度隨著泵的運行時間延長而增大。

4.汽蝕現(xiàn)象導(dǎo)致泵內(nèi)部聲音異常

吸入管路阻力過大、密封不嚴漏入空氣、被吸送液體溫度過高、流量太大等等，都會引發(fā)汽蝕現(xiàn)象，從而使泵內(nèi)產(chǎn)生異常聲音或劇烈振動。

(四)泄漏

離心式消防泵安裝時，要求泵體與管路之間、泵殼與泵軸之間都要有嚴格的密封，否則會產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。泵在運行過程中產(chǎn)生的泄漏通常有兩種情況，一是泵內(nèi)液體沿密封不嚴處向泵外泄漏，大量泄漏時會影響泵的輸送能力;二是外界空氣倒吸入泵的吸入口，空氣進入易導(dǎo)致氣縛現(xiàn)象。消防泵的密封有機械密封和填料密封兩種形式。機械密封密封效果好，使用壽命長。若消防泵運轉(zhuǎn)時振動過大，易破壞密封端面液膜而導(dǎo)致機械密封泄漏，嚴重時能造成機械密封的磨損、開裂或損壞。壓緊式填料密封結(jié)構(gòu)簡單，裝配及維修方便，便于及時發(fā)現(xiàn)泵有無密封故障，更適合于消防泵工作間歇性的特點。美國的NF－PA20規(guī)定，消防泵不能采用機械密封。我國規(guī)范對消防泵的密封方式?jīng)]有規(guī)定，但設(shè)計中應(yīng)盡量考慮采用填料密封［2］。

(五)泵軸斷裂

軸承潤滑不好會導(dǎo)致軸承過熱，磨損嚴重;泵軸與電動機軸不同心;超負荷運轉(zhuǎn)等，都可能導(dǎo)致泵軸斷裂。

(六)電動機損壞

離心泵往往采用電力驅(qū)動。若配套電動機的功率不符合泵性能參數(shù)的要求，泵啟動后電動機超負荷運轉(zhuǎn)而導(dǎo)致電動機損壞。若泵在啟動時沒有將出口管路上的閥門關(guān)閉，不能實現(xiàn)“零流量”啟動，會導(dǎo)致電動機的啟動電流過大而燒壞。

三、消防泵故障的快速診斷

離心式消防泵在運行過程中，通過監(jiān)測真空表、壓力表、流量表、功率表讀數(shù)特征可快速判斷故障類型及故障部位，簡捷方便地診斷消防泵的故障［3］。與正常值相比，消防泵儀表讀數(shù)變化規(guī)律及故障部位如表1所示。

表1 消防泵儀表讀數(shù)變化規(guī)律及故障部位

四、預(yù)防離心式消防泵故障的對策

(一)預(yù)防氣縛現(xiàn)象的對策

預(yù)防氣縛現(xiàn)象的對策為:一是離心式消防泵啟動前要灌滿被輸送的流體，以排凈泵殼內(nèi)積存的空氣。灌泵時要保證吸入管路的底閥有較好的閉合性;具有自動灌泵系統(tǒng)的離心泵，要保證自動灌泵系統(tǒng)工作正常;泵停車后若短時間內(nèi)啟動，可以不排空，但在下次啟動前應(yīng)檢查泵內(nèi)是否充滿液體。二是定期檢查吸入管路的氣密性，防止密封不嚴倒吸入空氣，以避免運行過程中的泵重新出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象而影響工作。

(二)預(yù)防汽蝕現(xiàn)象的對策

預(yù)防汽蝕現(xiàn)象的對策為:一是控制、調(diào)整泵的安裝高度，使泵的吸入口與池(槽)液面間的安裝高度不超過最大允許安裝高度，尤其是移動式消防泵，若不能正常吸排液，有可能是安裝高度不合適。通過降低安裝高度或倒灌式安裝，往往能解決實際問題而且泵還不容易被損壞。二是在泵前增設(shè)小容量貯水池(罐)，以增加液位的高度，提高靜壓力，從而縮短吸入貯槽液面與泵吸入口間的距離，防止汽蝕現(xiàn)象。三是通過減少泵吸入管路上的流動阻力損失的辦法，也能有效地預(yù)防汽蝕現(xiàn)象。在允許范圍內(nèi)盡量縮短吸入管路長度，少設(shè)彎頭、閥門等管件，適當增大吸入管路直徑;定期檢查吸入管路、濾網(wǎng)和底閥，防止因堵塞而增大液體流動阻力。四是通過提高泵材質(zhì)的強度和抗磨蝕性，能有效地減少汽蝕現(xiàn)象對泵的沖蝕，以減少汽蝕現(xiàn)象對泵的破壞程度，延長其使用壽命。泵的葉輪在選材上，盡可能選擇抗汽蝕能力強的高硬度和高彈性材料制造。實踐證明，鋁鐵青銅、低碳鉻鎳合金鋼等材料比普通鑄鋼的抗汽蝕能力大得多。在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，通過在離心泵葉輪前加裝誘導(dǎo)輪以提高抗汽蝕性能。

(三)防止電動機過載

一是泵在啟動前應(yīng)檢查出口閥門是否處于全關(guān)閉狀態(tài)，以防止啟動電流過大而燒壞電動機。二是正確選擇與泵性能參數(shù)相匹配的配套電動機，防止電動機功率過小而超負荷長時間運轉(zhuǎn)。三是按照電動機技術(shù)參數(shù)要求進行檢修，檢查電源電壓和每相電流，確保誤差在允許范圍之內(nèi)(一般不超過3%)。卸下電動機，檢查齒輪箱軸組件和泵的葉輪、誘導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)動靈活性，排盡液體查找有無機械故障、軸承是否損壞等［1］。

(四)保證液體流道暢通

定期檢查、清洗濾網(wǎng)，校正或更換底閥，清洗或更換吸入管路，尤其是緊急狀態(tài)下需要從溝、池或海里獲取消防用水時，防止雜草、淤泥、海藻及其他漂浮物吸入。定期清理泵葉輪內(nèi)部積存的水垢及其他雜質(zhì)，防止出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，以保證液體流道暢通，減少流動阻力，確保其平穩(wěn)、高效運轉(zhuǎn)。

(五)防止不正常振動和磨損

一是泵安裝要牢靠，要定期檢查其牢固性，尤其是地腳或靠背螺栓，防止緊固件松動。二是通過監(jiān)測泵運轉(zhuǎn)時的振動波形等辦法加強監(jiān)測，定期對葉輪和密封環(huán)間的磨損情況進行檢查、修理，及時發(fā)現(xiàn)、消除隱患。當發(fā)現(xiàn)泵啟動后振動不正常，應(yīng)果斷分析是否存在汽蝕現(xiàn)象、葉輪是否平衡、泵軸和電動機軸是否同心或軸是否已經(jīng)變形，而后采取相應(yīng)的處置措施。

(六)防止泄漏

離心式消防泵出現(xiàn)微小泄漏時一般不會釀成事故，但會影響火場消防水或泡沫的供給能力。因此，采用填料密封的消防泵，要加強對密封填料的檢查，發(fā)現(xiàn)密封不嚴應(yīng)及時更換填料，以防止泵在運行過程中出現(xiàn)泄漏而影響其效能。若采用端面密封，則應(yīng)定期檢查密封端面磨損情況;在更換電機與泵連接時要控制在允許的偏差范圍內(nèi)，以減少泵的振動，從而預(yù)防密封端面液膜破壞而產(chǎn)生泄漏。

(七)防止泵軸斷裂

定期檢查并及時清洗軸承體，保證有足夠的潤滑油，防止干磨生熱;定期對泵軸和電動機軸進行校正，保證兩軸始終位于同一中心線上。為了防止離心泵軸承轉(zhuǎn)子失去穩(wěn)定性而斷裂，尤其是高壓離心泵，在設(shè)計上應(yīng)控制轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子的最高工作轉(zhuǎn)速，并適當考慮安全余量［4］。

五、結(jié)束語

通過對離心式消防泵常見故障形成的原因進行分析，提出預(yù)防和處置故障的措施，以便使用者在對消防泵進行日常維護保養(yǎng)的過程中能及早發(fā)現(xiàn)故障隱患并進行妥善處理，從而有效地提高離心式消防泵的效能，確保緊急狀態(tài)下能發(fā)揮其高效、平穩(wěn)、安全、不間斷運行的最佳供給能力，以滿足火場需要。

［1］陳來保，潘金亮，焦紅志，等.高速離心泵常見故障原因分析及處理［J］.河南化工，2008，25(8):38－39.

［2］陳海燕.消防設(shè)計中消防泵選擇的幾點體會［J］.廣東化工，2004，(3):38－39.

［3］施有根.用四表法分析離心泵的常見故障［J］.中國水運，2007，7(3):65－66.

［4］陳春新，王樂勤.高壓離心泵滑動軸承穩(wěn)定性分析［J］.流體機械，2009，37(1):38－40.