鄧樓泵站4 號機(jī)組大修電機(jī)處理及數(shù)據(jù)分析

劉海關(guān)，劉 輝，李典基

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南250100）

1 引言

鄧樓泵站工程是南水北調(diào)東線一期工程第十二級抽水梯級泵站，是山東省境內(nèi)的第六級抽水泵站。一期設(shè)計調(diào)水流量為100 m3/s，選用4 臺3150ZLQ33.5-3.57 型立式機(jī)械全調(diào)節(jié)軸流泵，其中1 臺備用，設(shè)計揚(yáng)程3.57 m，設(shè)計單機(jī)流量33.5 m3/s，配套TL2240-48 型立式同步電動機(jī)，單機(jī)額定功率2 240 kW，泵站總裝機(jī)容量8 960 kW。鄧樓泵站工程等級為I 等，主要建筑物級別為1 級。

2 大修原因

鄧樓泵站4 號機(jī)組自2013 年運(yùn)行以來，已累計運(yùn)行7 667.81 h，且己超過《NSBD16-2012 南水北調(diào)泵站工程管理規(guī)程》對機(jī)組設(shè)備大修周期5～8 年的規(guī)定，設(shè)備漸趨老化，安全性能下降。2018 年8 月對4 號機(jī)組進(jìn)行大修。

3 大修內(nèi)容及準(zhǔn)備

大修是有計劃的和全面的對各部件進(jìn)行分解、檢查、處理。消除設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的重大缺陷，更換易損件，修補(bǔ)磨損件，對機(jī)組的水平、擺度、同心等進(jìn)行重新調(diào)整。

3.1 大修內(nèi)容

鄧樓泵站4 號機(jī)組大修項目主要包括主機(jī)組拆卸、安裝、測量、試驗、起重吊裝、焊接等。把握安裝質(zhì)量的關(guān)鍵要素，如固定部分的同心度、高程，轉(zhuǎn)動部分的軸線擺度、垂直度、水平度、間隙等，對關(guān)鍵工序制定專項方案，確保工程質(zhì)量和安全。

3.2 大修準(zhǔn)備

機(jī)組大修工作量大、專業(yè)性強(qiáng)、檢修時間長、工藝水平要求高，要保證大修工作的順利進(jìn)行，必須認(rèn)真進(jìn)行一系列的準(zhǔn)備工作。

根據(jù)對機(jī)組運(yùn)行資料的分析，從機(jī)組運(yùn)行中的缺陷及累計運(yùn)行時數(shù)兩方面，擬定大修工作計劃，配備大修工器具，合理地組織技術(shù)力量，制定機(jī)組大修進(jìn)度計劃以及場地布置和安全設(shè)施等。

3.3 技術(shù)資料的搜集整理

資料搜集整理分為3 個階段：機(jī)組解體中的原始資料的搜集、機(jī)組檢修總裝中的資料搜集、大修后試運(yùn)行記錄和資料的搜集。

機(jī)組解體，即機(jī)組拆機(jī)。將電機(jī)、水泵的主要部件一一拆開清理、檢修。在完成準(zhǔn)備工作之后，機(jī)組大修主體工作的第一項就是機(jī)組解體。

機(jī)組解體的過程是進(jìn)一步搜集機(jī)組運(yùn)行資料的過程，也是進(jìn)一步確定大修性質(zhì)，檢修方案的依據(jù)之一。故對拆機(jī)過程中的原始數(shù)據(jù)必須認(rèn)真測試、檢查、分析、記錄。包括各部間隙的測量記錄：軸瓦間隙、葉片間隙、空氣間隙；葉片、轉(zhuǎn)輪、葉輪外殼氣蝕情況的記錄：氣隙的方位、區(qū)域、程度；磨損件的測量記錄；固定部件的垂直同心度、水平的測量記錄；軸線的擺度、垂直度的測量記錄；解體過程中發(fā)現(xiàn)的其他情況的記錄。

4 4 號機(jī)組大修解體電機(jī)存在問題及原因分析

4.1 4 號電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣偏低的原因分析及處理

4 號機(jī)組在近期的運(yùn)行維護(hù)階段，發(fā)現(xiàn)每次開機(jī)前轉(zhuǎn)子絕緣偏低，有時轉(zhuǎn)子繞組絕緣低至0.1 MΩ，影響安全開機(jī)運(yùn)行，存在安全隱患。

4.1.1 運(yùn)行環(huán)境的影響

（1）運(yùn)行環(huán)境的影響因素

鄧樓泵站主廠房選用4 臺立式機(jī)械全調(diào)節(jié)軸流泵，配套TL2240-48 型立式同步電動機(jī)，斷流方式采用HD60 真空破壞閥斷流，斷電開閥，非運(yùn)行期（運(yùn)行期未運(yùn)行機(jī)組）真空破壞閥閥門常開，致使出水流道彎管水汽與室內(nèi)環(huán)境聯(lián)通，造成室內(nèi)機(jī)組設(shè)備運(yùn)行環(huán)境濕度偏大，機(jī)組電機(jī)絕緣值偏低。

泵站安裝間原設(shè)計布設(shè)水泵層集水井蓋板為篦子蓋板，便于觀察集水井水位，但同時也使潮濕的集水井和吊物孔形成一個自然的通道，4 號機(jī)組就布設(shè)在吊物孔旁，濕度大影響電機(jī)繞組絕緣值。

（2）運(yùn)行環(huán)境的影響因素處理

增設(shè)除濕機(jī)。分別在電機(jī)層4 號機(jī)組旁、水泵層集水井旁安裝兩臺除濕機(jī)，與機(jī)房空調(diào)配合，為設(shè)備運(yùn)行提供安全、干燥的運(yùn)行環(huán)境。

將集水井的篦子進(jìn)行改造，增設(shè)不銹鋼蓋板，切斷水汽的擴(kuò)散通道。同時日常巡查完畢應(yīng)及時將真空破壞閥門關(guān)閉，使真空破壞閥室與主廠房電機(jī)層隔離開，保證電機(jī)所處的環(huán)境干燥。

4.1.2 轉(zhuǎn)子繞組及阻尼繞組有局部破損

（1）轉(zhuǎn)子繞組及阻尼繞組有局部破損情況

大修解體后，將轉(zhuǎn)子吊出。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組及阻尼繞組有局部破損，個別處因長期運(yùn)行導(dǎo)致絕緣漆脫落。定、轉(zhuǎn)子及磁極處有大量浮塵，局部有少量油垢，這些都會影響電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣值。

（2）轉(zhuǎn)子繞組及阻尼繞組局部破損修復(fù)處理

將電動機(jī)進(jìn)行烘干處理，將轉(zhuǎn)子繞組破損處重新纏繞絕緣材料，重新噴涂與絕緣等級匹配的電機(jī)專用絕緣漆。

4.1.3 定子與轉(zhuǎn)子之間存在油污

（1）存在油污的原因分析

電動機(jī)軸承甩油有兩種，一種是潤滑油經(jīng)旋轉(zhuǎn)，越過擋油圈甩向電機(jī)內(nèi)部，另一種是潤滑油通過旋轉(zhuǎn)，越過蓋板縫隙，甩向蓋板外部。

機(jī)組在運(yùn)行時，葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的軸承，在長時間運(yùn)行的情況下，油溫升高，體積膨脹，就會從觀察孔局部滲出，甩落在電機(jī)油缸蓋板上；推力頭內(nèi)壁與擋油圈內(nèi)壁因制造安裝的缺陷，產(chǎn)生不同程度的偏心，運(yùn)行中容易向上串油，甩濺到電機(jī)內(nèi)部；電機(jī)運(yùn)行中，隨著軸承溫度的上升，使油槽內(nèi)的油和空氣體積膨脹，產(chǎn)生油霧，油槽內(nèi)的油霧隨氣體從蓋板縫隙處外溢，在風(fēng)機(jī)的作用下，油蒸汽在電動機(jī)風(fēng)道內(nèi)流動，黏附在定子與轉(zhuǎn)子繞組之間。

（2）油污的處理

將解體后的定子轉(zhuǎn)子用空壓機(jī)吹掃灰塵，用電機(jī)清洗劑清理，重新噴涂電機(jī)專用絕緣漆。上機(jī)架安裝過程中，調(diào)整擋油圈與機(jī)組固定部分的同心度，更換耐油密封圈，加強(qiáng)油槽蓋板的密封性能。檢查油槽蓋板呼吸器，保持油缸液面與大氣連通，平衡內(nèi)外壓力。大修后油缸加油時，油位不宜過高，一般以加至導(dǎo)軸瓦的中心為宜。

4.2 4 號機(jī)組空氣間隙的測量與調(diào)整

定子鐵心與轉(zhuǎn)子磁極之間的間隙稱為空氣間隙。空氣間隙是否符合要求，除了取決于設(shè)備本身的制造工藝優(yōu)劣之外，還取決于大修安裝質(zhì)量的好壞。主要反映在垂直同心、定中心兩大要素。

根據(jù)安裝標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，最大最小空氣間隙與平均間隙值的差值均不能超過間隙值的±10%。否則，由于間隙不等，引起磁拉力不均勻，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行的擺動，因此，必須對空氣間隙進(jìn)行測量與調(diào)整。

4.2.1 空氣間隙值的測定對比

自制楔形竹塞尺與外徑千分尺配合使用，竹塞尺長度約20～30 cm，將電機(jī)按8 個方位分別測量、記錄。測量時應(yīng)注意用力均勻，測量結(jié)果可以兩人進(jìn)行復(fù)測比對，消除人為誤差。

表1 電機(jī)拆解前空氣間隙原始測量記錄表 單位：mm

表2 電機(jī)大修安裝后空氣間隙測量記錄表 單位：mm

說明：①測量方法：竹制契形尺與千分尺配合；②質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：參照“電動機(jī)廠家圖紙”執(zhí)行，電機(jī)最小氣隙（磁極最高處）為3.5，其各測量平均值與名義值之差不得大于名義值的10%，其各間隙與平均間隙之差不超過平均間隙的±10%。

4.2.2 空氣間隙測量結(jié)果對比分析

大修前空氣間隙原始測量值不合格，最大間隙比=（最大間隙-平均間隙）/平均間隙=15.6%，最小間隙比=（最小間隙-平均間隙）/平均間隙=-14.6%，分析原因：

（1）機(jī)組垂直同心度被破壞

因4 號機(jī)組長期運(yùn)行，引起固定部分的變化，使得定子的垂直同心度最大偏差超過規(guī)定允許值。根據(jù)立式機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點，要保證空氣間隙值在允許范圍內(nèi)，就必須使電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的中心軸線在允許范圍內(nèi)的鉛垂線上，為滿足這一要求，通常是以水泵軸頸對其軸窩的中心位置進(jìn)行調(diào)整，這就是轉(zhuǎn)動部分定中心的工序，如果定中心發(fā)生差錯，勢必影響空氣間隙的正確性。定子的垂直中心位置是根據(jù)水導(dǎo)軸窩的中心位置來進(jìn)行測量調(diào)整的，如果定子與水導(dǎo)軸窩的垂直同軸度發(fā)生差錯，將影響空氣間隙。

（2）前期大軸定中心的安裝質(zhì)量

轉(zhuǎn)子中心線與水導(dǎo)軸頸的中心線是否在同一鉛垂線上也是一個影響因素。這是由機(jī)組軸線測量和調(diào)整以及轉(zhuǎn)動部分垂直度的測量和調(diào)整來決定的，即使水泵大軸定中心正確，轉(zhuǎn)動部分軸線的垂直度不符合要求，也將導(dǎo)致空氣間隙不合格。

經(jīng)查閱原始檔案資料，機(jī)組安裝過程中定中心數(shù)據(jù)及資料符合規(guī)范要求，故排除前期安裝定中心因素的影響。

（3）停機(jī)過程受短時水推力的外界干擾

機(jī)組采用真空破壞閥斷流，停機(jī)瞬間閥的電氣控制系統(tǒng)也同步斷電，閥瓣開啟，大氣進(jìn)入閥體破壞虹吸，水體在自重下，從出水流道彎管最高點向兩邊分流，給葉輪短時帶來巨大反向水推力，使得電機(jī)有短暫性反向轉(zhuǎn)動，由于受力并非均衡穩(wěn)定，使得機(jī)組轉(zhuǎn)動部分未停靠在實際中心線上，從而影響了電機(jī)空氣間隙的測量值。

調(diào)整方法：

（1）移動定子使空氣間隙合格，并使其中心與水導(dǎo)軸承窩的中心在同一鉛垂線上。

（2）檢查調(diào)整轉(zhuǎn)動部分的垂直度，重新定軸線的中心，滿足空氣間隙的要求。

5 合理機(jī)組大修周期的重要性及建議

大型泵站機(jī)組大修工作是一項繁重復(fù)雜的工作，零部件多，質(zhì)量要求高，施工時間長。完成大修工作除在純技術(shù)方面的準(zhǔn)確和質(zhì)量要求較高外，還必須在如何合理的、準(zhǔn)確的確定大修周期，降低大修費(fèi)用等方面做大量工作。合理的確定大修周期尤為重要。

影響機(jī)組大修周期的主要因素與運(yùn)行有關(guān)，除考核機(jī)組運(yùn)行臺時外，還應(yīng)在日常管理中加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)測及對比，綜合考慮各方面因素，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，對設(shè)備作出準(zhǔn)確安全評估。如此次4 號機(jī)組大修中，因運(yùn)行中未出現(xiàn)異常噪音及震動，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗機(jī)組安裝高程滿足要求，故推力瓦安裝高程未進(jìn)行調(diào)整。而電動機(jī)推力頭屬過渡配合，每拆一次配合間隙就會增大，在運(yùn)行中出現(xiàn)不均衡就會帶來振動、噪音。

建議可根據(jù)機(jī)組設(shè)備實際運(yùn)行情況，合理地確定大修周期，不僅可以消除設(shè)備長期使用形成的弊病，延長設(shè)備壽命，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性，還可以避免因大修周期短而帶來的不經(jīng)濟(jì)。同時科學(xué)地改造設(shè)備，使機(jī)組更加安全、高效運(yùn)行，充分發(fā)揮大修的意義和價值，為大型泵站的安全運(yùn)行提供管理經(jīng)驗，從而更好地服務(wù)調(diào)水工作，使經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益最大化。