泵站工程老化及設(shè)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(jià)方法及泵站機(jī)組故障診斷技術(shù)，用以評價(jià)泵站工程的老化程度、技術(shù)狀態(tài)，為我國大中型泵站的工程管理、狀態(tài)檢修和更新改造決策等，提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)組故障；檢修；老化

1、研究的技術(shù)核心

泵站是一個(gè)由建筑物、主機(jī)組、輔助設(shè)施、電氣儀器以及相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)所構(gòu)建的。其中主機(jī)組為主水泵、主動力機(jī)和傳動設(shè)備；輔助設(shè)備包括為主機(jī)組提供冷卻、潤滑、檢修、開停機(jī)等服務(wù)的油、氣、水系統(tǒng)以及泵房的通風(fēng)、采暖和起重裝置等構(gòu)成一個(gè)大的系統(tǒng)，涉及水、機(jī)、電、控，及油、氣、水等各子系統(tǒng)，他們相互協(xié)調(diào)并可靠工作，他們是本課題研究的重要對象。

2、機(jī)電設(shè)備老化機(jī)理及其特征

（1）振動和噪聲

振動出現(xiàn)過大的情況，會十分不利于機(jī)組本身、基礎(chǔ)及廠房的安全，會使機(jī)身當(dāng)中被損害部分的面積增加，這樣就引起了裂縫的出現(xiàn)，使機(jī)身的一些部位出現(xiàn)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(jī)身有關(guān)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(jìn)而破壞了相關(guān)的全部設(shè)備。

流體引起的干擾是在泵系統(tǒng)里面因?yàn)槌霈F(xiàn)間隔性脈動、汽蝕所引起的。機(jī)身引起的干擾是因?yàn)楸美锩娴臋C(jī)械振動或設(shè)備里面液體脈動。這種機(jī)身干擾，會產(chǎn)生較大的振動或在設(shè)備的某些部位上產(chǎn)生共振的情況，這樣一來，就引起了附近環(huán)境中的干擾。

（2）溫升

在熱量的散發(fā)當(dāng)中，一些位置會出現(xiàn)發(fā)熱、冒煙等情況。為避免設(shè)備的一些絕緣部分由于過熱而被燒壞，幾乎所有的電機(jī)都有預(yù)先設(shè)好的溫升。如果設(shè)備的軸承的溫升大于預(yù)先給出的工作時(shí)允許的最高溫升的范圍，就會不利于設(shè)備的正常工作。

（3）絕緣性能下降

電機(jī)在長時(shí)間工作后絕緣部位會逐漸被損壞，主要的損壞原因是因?yàn)槲蹞p、變質(zhì)等使漏出電流增加、絕緣電阻減少，加之絕緣層出現(xiàn)裂縫、脫落引起一些位置的放電量增加，引起絕緣電氣、機(jī)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(shí)間也是有限制的，在快要達(dá)到規(guī)定的使用時(shí)間時(shí)易出現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)重大的問題，不利于設(shè)備的穩(wěn)定工作，甚至?xí)饟p壞。

汽蝕機(jī)理：水泵在工作的時(shí)候，因?yàn)橐恍﹩栴}使其里面的局部位置出現(xiàn)壓力減少時(shí)，水就會出現(xiàn)汽化而形成汽液流。從水里面會有許多氣泡出現(xiàn)并順著水流往前運(yùn)動，運(yùn)動至高壓區(qū)時(shí)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(gòu)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(jìn)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(xù)性，這時(shí)會有汽穴產(chǎn)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(xiàn)，因此這種破壞的過程屬于一個(gè)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(xiàn)一定的剝落的現(xiàn)象。當(dāng)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(shè)備的一些主要部件在實(shí)際工作當(dāng)中很有可能發(fā)生磨擦損耗，對于一般部件能夠在維修時(shí)修復(fù)，而對于特殊部件上的破壞卻不容易更換。在進(jìn)行了長時(shí)間的工作之后，一些特殊部件，特別是轉(zhuǎn)動部分所出現(xiàn)的破壞會十分的嚴(yán)重。工作環(huán)境中的易揮發(fā)物質(zhì)等會對各個(gè)部件造成腐蝕，使之出現(xiàn)破壞，而工作環(huán)境中的一些油里面也含有對可引起破壞的物質(zhì)。因?yàn)樵O(shè)備在工作當(dāng)中的溫度上升很多，更加劇了這種腐蝕的發(fā)生。

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

鋪設(shè)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(jīng)不斷受到破壞，而引起老化。

這些組件含在水、油、氣系統(tǒng)里面，因?yàn)檫@三個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行條件不一樣，其被破壞的原因也都不一樣。

水系統(tǒng)里面含有的雜質(zhì)非常多，其中有一些雜質(zhì)會對過流部件進(jìn)行腐蝕，而另一些雜質(zhì)則不斷積累形成了水垢。當(dāng)該系統(tǒng)里面水溫與水的壓力不合乎規(guī)定時(shí)，以上兩種破壞就會加快。泵站在長時(shí)間工作后，還會出現(xiàn)管道銹蝕、接口松動的現(xiàn)象，這些都不利于水系統(tǒng)的運(yùn)行。

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

機(jī)組的冷卻潤滑效果會受到機(jī)器或多或少氧化，進(jìn)入各種雜質(zhì)與油溫高低等各種因素的影響。

3、泵站機(jī)組故障檢測及診斷方法

3.1 水泵機(jī)組常見的故障類型及振動特征分析

（1）軸承支撐系統(tǒng)連接松動

轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)連接松動，也就是說系統(tǒng)的接合面之間不緊密，亦或是聯(lián)接的剛度太小，使得機(jī)械的阻抗不高，運(yùn)行時(shí)振動太大的一種現(xiàn)象。如果接合面的間隙過大，不夠緊密，在溫度或者強(qiáng)力的拉扯擠壓下出現(xiàn)較大的間隙，會導(dǎo)致螺栓強(qiáng)度不足甚至松動斷裂，最后造成部件松動，從而影響整個(gè)工程的質(zhì)量。而正是因?yàn)檫@種松動的間隙，微小的非平衡狀態(tài)都會引起系統(tǒng)穩(wěn)定性的大幅度降低。

（2）葉輪和轉(zhuǎn)軸配合功能喪失

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

（3）泵內(nèi)卡堵

泵內(nèi)卡堵一般特征：

1） 振動時(shí)域波形呈現(xiàn)出較標(biāo)準(zhǔn)的正弦波形，主導(dǎo)頻率是轉(zhuǎn)子工頻，振動最大的壓縮內(nèi)側(cè)工頻成分是通頻的98%。

2） 軸心軌跡呈現(xiàn)出較為標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形，重現(xiàn)性亦不錯。

3） 振值增長有一個(gè)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(xiàn)。

4） 隨轉(zhuǎn)速變大，振值變大。

（4）水泵汽蝕

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

4、結(jié)語

研究從運(yùn)行管理決策需要出發(fā)，抓住了泵站工程老化及主機(jī)設(shè)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(jī)理及老化特征、泵站故障機(jī)理等進(jìn)行研究，為后續(xù)的深入研究奠定了基礎(chǔ)。

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作者簡介：李玲，女，（1980.11—），江蘇無錫人，畢業(yè)于揚(yáng)州大學(xué)水利學(xué)院，碩士，工程師，研究方向：水利科學(xué)與管理。