洋關(guān)泵站大修工程施工思考—機(jī)組耐久性分析

李洪添

摘 要：以中山市火炬開(kāi)發(fā)區(qū)洋關(guān)泵站大修工程為例，介紹立式軸流泵的關(guān)鍵易損件及主要失效形式，提出關(guān)鍵易損件的常見(jiàn)修復(fù)措施及保證機(jī)組耐久性的注意事項(xiàng)，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。本文可供泵站技術(shù)人員就機(jī)組大修施工、故障分析及修復(fù)方法等問(wèn)題進(jìn)行參考。

關(guān)鍵詞：洋關(guān)泵站 大修 水泵機(jī)組 耐久性分析

1.工程概況

中山市火炬開(kāi)發(fā)區(qū)洋關(guān)泵站修建于2 0 0 5年，使用4臺(tái)型號(hào)為3000ZLQ32.5-2.2的立式軸流泵，運(yùn)行十幾年，許多零件均有不同程度的老化、磨損、位移等情況。該區(qū)于2017年實(shí)施洋關(guān)泵站大修工程，旨在通過(guò)對(duì)機(jī)組進(jìn)行拆卸、檢測(cè)、分析、修復(fù)等改造工作，有效排除現(xiàn)存故障。機(jī)組大修前，應(yīng)編制大修施工方案并嚴(yán)格執(zhí)行，方案應(yīng)包括機(jī)組拆卸、檢測(cè)、分析、修復(fù)等內(nèi)容。

2.水泵機(jī)組耐久性分析及關(guān)鍵部件修復(fù)措施

機(jī)組耐久性取決于機(jī)組可靠性，特別是關(guān)鍵部件的可靠性。有些故障對(duì)耐久性影響不大，不會(huì)造成嚴(yán)重的設(shè)備損傷，如潤(rùn)滑油油質(zhì)變差、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)異常、填料密封漏水量大、葉輪輪轂漏油等；有些故障則直接降低機(jī)組使用壽命，嚴(yán)重影響機(jī)組耐久性，如水泵導(dǎo)軸承磨損失效、水泵葉面汽蝕與間隙汽蝕破壞、電機(jī)推力軸承燒熔、電動(dòng)機(jī)定子繞組絕緣老化等。因此，在耐久性分析時(shí)，應(yīng)著重分析關(guān)鍵部件的可靠性，明確關(guān)鍵部件的主要失效形式，并針對(duì)性的提出對(duì)應(yīng)的修復(fù)措施。 2.1 水泵導(dǎo)軸承失效及其修復(fù)

導(dǎo)軸承是水泵的關(guān)鍵部件，主要承受水泵徑向力、穩(wěn)定葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。水泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或在含沙量較大的水質(zhì)下運(yùn)行，導(dǎo)軸承均會(huì)有不同程度的磨損，使導(dǎo)軸承與軸徑、導(dǎo)軸承與機(jī)架之間的間隙不斷增大，引起各方向受力不均勻，產(chǎn)生徑向位移，使機(jī)組擺度超限與振動(dòng)超限，降低機(jī)組運(yùn)行效率，甚至?xí)斐扇~輪碰傷折斷等嚴(yán)重機(jī)械損傷。

水泵導(dǎo)軸承材料一般有非金屬材料（聚氨酯、橡膠等）及金屬材料（巴氏合金）。非金屬材料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便、造價(jià)低，一般采用水潤(rùn)滑，缺點(diǎn)是承載力低、摩擦學(xué)性能差，容易造成軸承老化脫落。洋關(guān)泵站正是使用這種較老式的聚氨酯導(dǎo)軸承。

針對(duì)本工程使用的水潤(rùn)滑聚氨酯導(dǎo)軸承，軸承軸瓦磨損量超限是其主要失效形式。這種失效一般的修復(fù)措施有：一，更換導(dǎo)軸承材料及潤(rùn)滑方式，使用油潤(rùn)滑巴氏合金導(dǎo)軸承或其他抗砂耐磨復(fù)合材料，此類(lèi)材料摩擦學(xué)性能優(yōu)越，穩(wěn)定性好，承載力大，基本不會(huì)出現(xiàn)材料老化現(xiàn)象。二、設(shè)置油密封裝置以及排漏水裝置，防止水體、泥沙等雜質(zhì)進(jìn)入軸承，同時(shí)應(yīng)做到經(jīng)常檢查排水管道，保證管道排水能力。三、保證導(dǎo)軸承安裝質(zhì)量，減少導(dǎo)軸承荷載，特別注意計(jì)算軸承徑向載荷、軸瓦摩擦系數(shù)、水質(zhì)含沙量、軸瓦抗磨損強(qiáng)度等參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)與選型。

2.2 水泵汽蝕危害及其修復(fù)

水泵汽蝕也叫水泵空化，是一種常見(jiàn)的降低水泵效能，破壞過(guò)流部件的危害現(xiàn)象。一般表現(xiàn)為在過(guò)流部件上出現(xiàn)麻點(diǎn)乃至洞穴狀腐蝕破壞。汽蝕常發(fā)生在葉片葉端的高速減壓區(qū)，引起流態(tài)變化，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生葉片變形剝落、葉片間隙增大超限等現(xiàn)象，影響水泵安全運(yùn)行。

按水輪機(jī)汽蝕損壞標(biāo)準(zhǔn)，汽蝕現(xiàn)象可根據(jù)汽蝕侵蝕指數(shù)K分為五個(gè)等級(jí)，K=V*10-3/FT（K-汽蝕侵蝕指數(shù)，V-汽蝕侵蝕體積，T-有效運(yùn)行時(shí)間，F(xiàn)-葉片汽蝕總面積），其標(biāo)準(zhǔn)如下：Ⅰ級(jí)，K< 0.0577x10-4 m m / h；Ⅱ級(jí)，K=（0.0 5 7 7 ～ 0.115）x10-4mm/h；Ⅲ級(jí)，K =（0.115～0.577）x10-4mm/h；Ⅳ級(jí)，K =（0.577～1.150）x10-4mm/ h；Ⅴ級(jí)，K<1.150x10-4mm/h；判斷標(biāo)準(zhǔn)為：、Ⅰ、Ⅱ級(jí)為一般汽蝕，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)為嚴(yán)重汽蝕。葉片汽蝕一般分為葉面汽蝕與間隙汽蝕，對(duì)于葉面汽蝕，一般認(rèn)為汽蝕面積超過(guò)葉片面積的30%，或汽蝕深度超過(guò)葉片厚度15%時(shí)，可認(rèn)為此水泵葉片失效；對(duì)于間隙汽蝕，一般認(rèn)為水泵安裝時(shí)的初始葉片間隙為0.001D（D為葉輪直徑），當(dāng)葉片間隙增加到0.0025D或水泵效率下降5%時(shí)，可認(rèn)為此水泵葉片失效。

洋關(guān)泵站大修時(shí)發(fā)現(xiàn)四臺(tái)水泵的葉片均已達(dá)到一般汽蝕等級(jí)，必須采取相應(yīng)的汽蝕修復(fù)措施。汽蝕修復(fù)措施一般有一下幾種：一，焊層與補(bǔ)焊。焊層是利用焊槍與焊條，在可能發(fā)生汽蝕的表面形成的一個(gè)金屬表面保護(hù)層。補(bǔ)焊則應(yīng)用于修復(fù)汽蝕發(fā)生后的位置，一般有冷焊與熱焊兩種方法，本工程則采用冷焊。冷焊前應(yīng)先在被焊處鏟出“V”形焊接坡口，焊接應(yīng)分層進(jìn)行進(jìn)行堆焊，焊接時(shí)要注意敲打，以便去除表面浮渣、消除焊接內(nèi)應(yīng)力。堆焊時(shí)應(yīng)注意焊接的飽滿度，焊后要進(jìn)行細(xì)致打磨，使其與原有表面齊平，保證美觀。二，化學(xué)涂層。一般是使用環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合尼龍聚氨酯等高分子聚合物材料，在葉面形成保護(hù)薄膜，防止汽蝕。三，表面化學(xué)熱處理。此方法是利用化學(xué)熱處理對(duì)葉面進(jìn)行強(qiáng)化處理，增加葉面硬度，提高葉面抗汽蝕能力。

2.3 水泵配套電動(dòng)機(jī)定子繞組絕緣老化及其修復(fù)

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，特別是長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境中使用或停放時(shí)，定子繞組會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，致使絕緣電阻快速下降，產(chǎn)生安全隱患。定子繞組絕緣老化一般是由于灰塵、油污、水滴、潮濕空氣等進(jìn)入繞組，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)后破壞絕緣油漆、損壞線圈而產(chǎn)生。

定子繞組絕緣老化是電動(dòng)機(jī)主要失效形式之一，按照《水泵設(shè)備安裝及驗(yàn)收規(guī)范（SL317）》要求，在電機(jī)運(yùn)行前、運(yùn)行一段時(shí)間后以及規(guī)定的大修時(shí)間內(nèi)，均應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組的絕緣電阻、耐壓、空氣間隙、吸收比、極化指數(shù)等進(jìn)行檢測(cè)，并以檢測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，判斷定子繞組的干燥程度、破損情況、環(huán)境溫度與濕度、絕緣層厚度、接觸面積、接觸情況等是否符合規(guī)范要求。按照《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（GB50150）》要求，定子繞組的各相絕緣電阻不平衡系數(shù)應(yīng)小于2；環(huán)氧粉云母絕緣吸收比應(yīng)小于1.6；交流耐壓試驗(yàn)合格后的絕緣電阻折算值（折算至運(yùn)行溫度）不低于電機(jī)額定電壓1MΩ/kv時(shí)，方可投入使用，當(dāng)檢測(cè)的絕緣電阻不滿足該規(guī)范時(shí)，需對(duì)定子繞組作烘干處理，嚴(yán)重時(shí)還需返廠重新進(jìn)行浸漆絕緣處理，甚至對(duì)整個(gè)繞組部件進(jìn)行更換。

針對(duì)定子繞組絕緣老化現(xiàn)象，日常維護(hù)中應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：一，無(wú)論是日常檢查或機(jī)組大修，均應(yīng)做好對(duì)定子絕緣的保護(hù)，防止線圈、絕緣油漆等被劃傷或它物碰撞。二，必要的預(yù)防性維修。停機(jī)時(shí)，應(yīng)保持現(xiàn)場(chǎng)潔凈，避免污物進(jìn)入繞組，定期清理端面繞組表面，避免漏電、局部放電現(xiàn)象；運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保持干燥，監(jiān)測(cè)繞組部件溫度與振動(dòng)情況，避免出現(xiàn)熱老化與機(jī)械老化。三、每次機(jī)組大修時(shí)，可對(duì)定子繞組進(jìn)行非破壞性的絕緣壽命預(yù)測(cè)，計(jì)算絕緣剩余壽命。一般可通過(guò)絕緣測(cè)試獲取大量絕緣相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析與計(jì)算，由特邀專(zhuān)家對(duì)繞組絕緣剩余壽命進(jìn)行全面評(píng)估，也可根據(jù)現(xiàn)有絕緣壽命曲線，通過(guò)比較分析確定剩余壽命。電動(dòng)機(jī)絕緣剩余壽命的計(jì)算可把握繞組老化程度，掌握老化狀態(tài)，及時(shí)作出修復(fù)措施，對(duì)泵站運(yùn)行具有極大參考意義。

3.結(jié)束語(yǔ)

影響水泵機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量的因素是多方面的，包括機(jī)組設(shè)計(jì)與制造、模型試驗(yàn)、安裝調(diào)試、土建工程建設(shè)質(zhì)量等。本文以中山市火炬開(kāi)發(fā)區(qū)洋關(guān)泵站大修工程為例，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)列舉了立式軸流泵機(jī)組常見(jiàn)的關(guān)鍵易損件及其主要失效形式與修復(fù)措施，旨在有助于基層技術(shù)人員掌握水泵檢查、觀測(cè)與維修養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)，提高泵站運(yùn)行管理水平。

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