潛水泵提灌站—典型故障成因分析*

□周小波 莫涵 曾文明 郭躍生 李光輝 李玉玲/.四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院 .四川省機電排灌管理總站 .宜賓市翠屏區(qū)農(nóng)林畜牧局

潛水泵提灌站—典型故障成因分析*

□周小波1莫涵2曾文明1郭躍生3李光輝1李玉玲1
/1.四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院 2.四川省機電排灌管理總站 3.宜賓市翠屏區(qū)農(nóng)林畜牧局

本文介紹了綿陽市三臺縣1處軸流潛水泵站因管道堵塞造成事故停機的案例，筆者從軸流泵的性能曲線入手，介紹了軸流式水泵的性能特點，分析了故障產(chǎn)生的原因及解決辦法，對該類型的提灌站提出了使用維護(hù)建議，對同類型提灌站具有借鑒意義。

提灌站；軸流潛水泵；故障停機

1 提灌站概況

2014年3月，筆者在綿陽市三臺縣花園鎮(zhèn)光明村，主持完成了1處潛水泵站的設(shè)計和施工工作。該提灌站從涪江取水，灌溉面積超過26.67hm2，主要灌溉作物為中藥材麥冬，麥冬在栽種過程中需要多次灌水，灌溉季節(jié)集中，灌溉頻次高，作業(yè)用水量大?？紤]到實際用水需求和當(dāng)?shù)氐乃?、電力等基礎(chǔ)條件，提灌站設(shè)計流量確定為400m3/h。經(jīng)過現(xiàn)場測量，該站凈揚程6.7m，管道長度378m，選用外徑280mm的HDPE管?？紤]到泵站在洪水季節(jié)易被淹沒，為防止泵站被洪水沖毀，泵型選用了內(nèi)置下吸式潛水泵。為了方便當(dāng)?shù)厝罕娛褂?，在管道沿線設(shè)置了兩處分水口，分別用渦輪蝸桿式蝶閥控制分水，在管道末端設(shè)置了調(diào)節(jié)閥，便于調(diào)節(jié)3只閥門的分水量。由于當(dāng)時正是麥冬栽種之后的用水高峰季節(jié)，為保證當(dāng)年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水，該站從設(shè)計到建設(shè)完成投入使用總共歷時15d，完成了全部建設(shè)任務(wù)，調(diào)試運行正常，及時解決了當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的灌溉用水需求。該站布局簡圖如圖1所示。

2 故障現(xiàn)象

該站投入運行1年后，又到了麥冬種植的灌水季節(jié)，提灌站在運行中出現(xiàn)了故障，每次啟動后2min左右，電流陡然升高，軟啟動控制裝置顯示“過載保護(hù)”，隨即停機。經(jīng)排查，電源電壓正常，軟啟動控制柜無故障，水泵軸承、葉輪、電機等部件均正常，最后檢查閥門，發(fā)現(xiàn)第3只閥門上纏繞了大量塑料口袋、樹葉等雜物，里面裹雜著泥沙等，被蝶閥閥板擋住，將管道堵死。清除雜物后，重新投入運行，設(shè)備一切正常。

3 故障成因分析

該站遇到的技術(shù)問題，在四川省的農(nóng)業(yè)提灌站，特別是平原地區(qū)的低揚程提灌站中，具有一定的代表性，原因分析如下。該站選用的水泵型號是QSXN400-18-37，采用軸流式葉輪，該類型水泵的性能曲線如圖2所示。

從曲線可以看出，該泵H-Q曲線（圖中藍(lán)色線）和P-Q曲線（圖中綠色線）與常見的離心泵曲線存在明顯差異。在H-Q曲線上，當(dāng)流量由最高效率點開始減小時，其揚程逐漸增大，當(dāng)流量減小到Q2時，則揚程增大到拐點，當(dāng)流量繼續(xù)減小則揚程也隨之減小，直至第二個拐點，之后揚程隨流量減小則迅速增加，當(dāng)流量為0時，揚程達(dá)到最大值。我們通常把流量為0時的工況稱為關(guān)死點工況，此時泵的揚程最高，功率最大，相應(yīng)的揚程稱為關(guān)死點揚程，功率稱為關(guān)死點功率。

該水泵的特性曲線具有這樣的形狀，與液體在水泵葉輪中的流動過程有密切的關(guān)系，當(dāng)管道閥門關(guān)閉或者堵塞、流量減小時，液流的相對速度與圓周方向間的夾角隨之減小，而對于定槳葉式的葉輪，葉片安放角不變，葉柵翼型的沖角就隨流量減小而增大。流量越小，則沖角越大，當(dāng)沖角增大到一定程度時，翼型表面將產(chǎn)生脫流。在調(diào)節(jié)閥門關(guān)閉管道的過程中，最初一個階段，由于翼型的沖角隨流量減小而逐漸增大，使升力系數(shù)增加，揚程增大。在流量減小到小于Q2時，因沖角過大翼型產(chǎn)生脫流，升力系數(shù)下降，揚程降低。而流量減小到小于Q1時，揚程不降低反而又升高，這是由于在葉輪中液體產(chǎn)生二次回流所致。當(dāng)流量減小到小于Q1時，葉輪各計算流面產(chǎn)生的揚程各不相等，引起液體的二次回流（圖3），從葉輪流出的液體，一部分又重新回到葉輪中再次接受能量。二次回流是依靠撞擊來傳遞能量的，因此水力損失很大，在揚程增加的同時也極大地消耗了泵的功率，致使效率急劇降低。所以在軸流泵的效率曲線上，當(dāng)流量減小時效率下降較快，高效率工作區(qū)域狹窄。

該站水泵出現(xiàn)的故障，正是由于管道被雜物堵塞，造成了水泵流量減小，引起了運行水泵功率上升，當(dāng)達(dá)到軟啟動控制柜設(shè)置的電流過流保護(hù)數(shù)值時，提灌站就會事故停機，在清除雜物后泵站又恢復(fù)了正常運行。

4 操作運行建議

在四川省平原地區(qū)，這類型的泵站數(shù)量應(yīng)用較多，對額定揚程較低的提灌站，在建設(shè)過程中，建議用戶與廠家多溝通，充分了解設(shè)備的性能，有條件的情況下，建議向廠家索要水泵性能曲線圖。對于采用軸流泵的提灌站，在啟動時，關(guān)閉出口閥門，會使軸流泵難以啟動，且電動機有超載的危險，因此，在啟動軸流泵時，出水管路閥門必須全開，以減小啟動功率。提灌站的操作規(guī)范應(yīng)該對不同類型的泵站分別提供操作規(guī)范指導(dǎo)，不能搞“一刀切”，讓所有的提灌站都關(guān)閥啟動。另外，在設(shè)計和施工過程中，應(yīng)充分考慮該類型泵站的攔污柵性能，防止雜物進(jìn)入管道，造成堵塞引起設(shè)備事故停機。

圖 1 提灌站布局簡圖

圖 2 QSXN400-18-37性能曲線圖

圖 3 軸流泵葉輪內(nèi)的二次回流示意圖

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2095-3615（2017）05-0036-02

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費項目“西南丘陵旱地糧油作物節(jié)水節(jié)肥節(jié)藥綜合技術(shù)集成與示范”（項目編號：20150312704）。