泵站工程老化及設備故障診斷方法研究

【摘要】通過理論研究，建立泵站工程老化評價方法及泵站機組故障診斷技術，用以評價泵站工程的老化程度、技術狀態，為我國大中型泵站的工程管理、狀態檢修和更新改造決策等，提供基礎和依據。

【關鍵詞】機組故障；檢修；老化

1、研究的技術核心

泵站是一個由建筑物、主機組、輔助設施、電氣儀器以及相關金屬結構所構建的。其中主機組為主水泵、主動力機和傳動設備；輔助設備包括為主機組提供冷卻、潤滑、檢修、開停機等服務的油、氣、水系統以及泵房的通風、采暖和起重裝置等構成一個大的系統，涉及水、機、電、控，及油、氣、水等各子系統，他們相互協調并可靠工作，他們是本課題研究的重要對象。

2、機電設備老化機理及其特征

（1）振動和噪聲

振動出現過大的情況，會十分不利于機組本身、基礎及廠房的安全，會使機身當中被損害部分的面積增加，這樣就引起了裂縫的出現，使機身的一些部位出現松動的情況，并使一些緊固件受到一定程度的破壞，從而加大了和相連部分的振動，使這部分易于被破壞；還使機身有關部件的損害度增加，如軸的快速振動可使其熱量增加、損壞部件；另外可引起共振，進而破壞了相關的全部設備。

流體引起的干擾是在泵系統里面因為出現間隔性脈動、汽蝕所引起的。機身引起的干擾是因為泵里面的機械振動或設備里面液體脈動。這種機身干擾，會產生較大的振動或在設備的某些部位上產生共振的情況，這樣一來，就引起了附近環境中的干擾。

（2）溫升

在熱量的散發當中，一些位置會出現發熱、冒煙等情況。為避免設備的一些絕緣部分由于過熱而被燒壞，幾乎所有的電機都有預先設好的溫升。如果設備的軸承的溫升大于預先給出的工作時允許的最高溫升的范圍，就會不利于設備的正常工作。

（3）絕緣性能下降

電機在長時間工作后絕緣部位會逐漸被損壞，主要的損壞原因是因為污損、變質等使漏出電流增加、絕緣電阻減少，加之絕緣層出現裂縫、脫落引起一些位置的放電量增加，引起絕緣電氣、機械性能不佳，降低了耐壓能力與使用的年限，并會使絕緣部位遭到破壞。變壓的絕緣部分可用的時間也是有限制的，在快要達到規定的使用時間時易出現較大的問題。

（4）水錘、汽蝕和泥沙（俗稱“三害”）

停電等原因引起的停泵水錘通常會出現明顯的壓力變化，如果變化過大還會引起管道和一些部件的損壞，易出現重大的問題，不利于設備的穩定工作，甚至會引起損壞。

汽蝕機理：水泵在工作的時候，因為一些問題使其里面的局部位置出現壓力減少時，水就會出現汽化而形成汽液流。從水里面會有許多氣泡出現并順著水流往前運動，運動至高壓區時受到附近液體的作用而消散，而且引起了較大的瞬間壓力，使構件的四周受到剝蝕等侵害。

安放在泥沙多的江水里的泵站，不僅會有淤積的情況，且泥沙會對管道、或一些部件等進行一定程度的損壞。一般來講，這種損壞和汽蝕破壞是一起作用的，前一種損壞使過流的地方有較重的破壞，如鐵件面曾被破壞成魚鱗狀后，會影響水流的連續性，這時會有汽穴產生，從而加大了汽蝕引起的破壞。而且后一種破壞所影響面積很大，即使在開始階段也有片狀出現，因此這種破壞的過程屬于一個物理過程。泥沙在水流的作用下不斷地沖擊水泵流道表層，使表層出現一定的剝落的現象。當面層由于開始階段的磨損變得不光滑后，這種破壞的面積會逐漸增加。

（5）腐蝕、銹蝕、剝落及變形

設備的一些主要部件在實際工作當中很有可能發生磨擦損耗，對于一般部件能夠在維修時修復，而對于特殊部件上的破壞卻不容易更換。在進行了長時間的工作之后，一些特殊部件，特別是轉動部分所出現的破壞會十分的嚴重。工作環境中的易揮發物質等會對各個部件造成腐蝕，使之出現破壞，而工作環境中的一些油里面也含有對可引起破壞的物質。因為設備在工作當中的溫度上升很多，更加劇了這種腐蝕的發生。

有許多泵站的出水流道所用的鋼管是帶壓力的，且進行了明式安設，若其水流之中的含泥較多，則在管內壁會出現泥沙磨損。外界環境的腐蝕會使管表層破壞，進而引起管的銹蝕。

鋪設于壓力管道與水泵之中的閥門，含一些組件的水、油、汽管道里面的閥門，都會經不斷受到破壞，而引起老化。

這些組件含在水、油、氣系統里面，因為這三個系統的運行條件不一樣，其被破壞的原因也都不一樣。

水系統里面含有的雜質非常多，其中有一些雜質會對過流部件進行腐蝕，而另一些雜質則不斷積累形成了水垢。當該系統里面水溫與水的壓力不合乎規定時，以上兩種破壞就會加快。泵站在長時間工作后，還會出現管道銹蝕、接口松動的現象，這些都不利于水系統的運行。

影響氣系統工作的主要因素有如下兩點：即壓縮空氣管道的連接部位出現松動、老化等現象以及空氣壓縮機的破壞。A

機組的冷卻潤滑效果會受到機器或多或少氧化，進入各種雜質與油溫高低等各種因素的影響。

3、泵站機組故障檢測及診斷方法

3.1 水泵機組常見的故障類型及振動特征分析

（1）軸承支撐系統連接松動

轉子支撐系統連接松動，也就是說系統的接合面之間不緊密，亦或是聯接的剛度太小，使得機械的阻抗不高，運行時振動太大的一種現象。如果接合面的間隙過大，不夠緊密，在溫度或者強力的拉扯擠壓下出現較大的間隙，會導致螺栓強度不足甚至松動斷裂，最后造成部件松動，從而影響整個工程的質量。而正是因為這種松動的間隙，微小的非平衡狀態都會引起系統穩定性的大幅度降低。

（2）葉輪和轉軸配合功能喪失

高速水泵葉輪通常是使用熱壓法跟轉軸相互配合。每當過盈量太少，葉輪都有一定可能會發生松動，尤其是高速運行時，且均伴有很大的振動，大大的降低了穩定性，對水泵造成很大的損害。此種現象時有發生，但是卻很不容易被檢測出來。

（3）泵內卡堵

泵內卡堵一般特征：

1） 振動時域波形呈現出較標準的正弦波形，主導頻率是轉子工頻，振動最大的壓縮內側工頻成分是通頻的98%。

2） 軸心軌跡呈現出較為標準的橢圓形，重現性亦不錯。

3） 振值增長有一個突變的決斷，還有就是振值的增大具體是在工頻幅值的增大上體現。

4） 隨轉速變大，振值變大。

（4）水泵汽蝕

水泵汽蝕特征表現在：頻譜圖峰值頻率均集中于水泵旋轉頻率與葉片通過頻率兩個地方（見表1和表2）。

4、結語

研究從運行管理決策需要出發，抓住了泵站工程老化及主機設備故障診斷等棘手問題展開研究。對泵站工程老化原因、老化機理及老化特征、泵站故障機理等進行研究，為后續的深入研究奠定了基礎。

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作者簡介：李玲，女，（1980.11—），江蘇無錫人，畢業于揚州大學水利學院，碩士，工程師，研究方向：水利科學與管理。