海河口泵站貫流泵故障原因分析及解決效果

杜慶有，崔然，寧陽，于洪利

（天津市海河管理中心，天津 300141）

1 概況

海河口泵站位于天津海河入?？谔?，設(shè)計排水流量230 m3/s，共設(shè)7臺貫流泵[1]，單機設(shè)計流量33 m3/s，單臺泵配置10 kV同步電動機，單機功率1600 kW，總裝機容量為11.2 MW。如遇強降雨且海河防潮閘因高潮位頂托無法開閘泄洪時，可利用泵站向外海強排泄洪，有效減少中心城區(qū)內(nèi)澇時間，解決天津地區(qū)高潮位無法排水泄洪問題，降低淹泡損失和社會影響。

截止到2020年7月泵站已經(jīng)歷了5個汛期，對市區(qū)防汛排澇起到非常重要的作用，根據(jù)《泵站技術(shù)管理規(guī)程》（GB/T30948-2014）規(guī)定，主水泵運行2500～15000臺時或經(jīng)過3～5 a應(yīng)進行大修，泵站現(xiàn)已達到了水泵機組大修年限。

2 運行中出現(xiàn)的問題及原因分析

在水泵機組運行過程中，泵站3#、6#同步電動機A、B兩端軸承運轉(zhuǎn)溫度過高，有時達到95℃，造成機組保護停機。4#水泵導(dǎo)軸承漏油嚴重，高位油箱水泵機組運行時需要不斷補油，以防止水泵導(dǎo)軸承損壞。

針對以上現(xiàn)象，并結(jié)合2018年4月至2020年6月泵站沉降觀測數(shù)據(jù)分析，初步判斷水泵機組出現(xiàn)故障的主要原因是泵站水工建筑物基礎(chǔ)整體沉降不均勻。通過觀測泵站進水口側(cè)高程普遍比出口水側(cè)高程少沉降了3～4 mm，即泵站進水口側(cè)基礎(chǔ)高程普遍比出水口側(cè)高程高出3～4 mm，泵房地板進水側(cè)基礎(chǔ)高于出水側(cè)，造成泵站水工建筑物整體傾斜。

同樣由于泵站的整體不均勻沉降，造成了水泵機組的同心度、水平度、擺度等都大大超過《泵站設(shè)備安裝及驗收規(guī)范》（SL 317-2015）規(guī)定的安裝精度[2]，詳見表1，在運行中容易造成水泵機組傳動部件運行溫度過高，影響水泵機組安全運行。

表1 水泵機組電動機與齒輪箱原始測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計mm

由以上數(shù)據(jù)可以看出，由于泵站建筑物整體不均勻沉降，造成水泵機組各部位出現(xiàn)不均勻沉降，使得水泵機組軸向不在一個水平面上，造成了水泵主軸、齒輪箱、電動機不同軸、不同心，形成夾角、擺度值增大等問題。

3 維修方案

豎井貫流機組大修包括主水泵大修、同步電機大修和變速箱大修3個部分[3]。

3.1 安裝方式的確定

海河口泵站的貫流泵屬于臥式軸流泵，安裝布置如圖1所示，該類機組在安裝時要保持機組各部件同軸同心，有水平安裝和斜式安裝2種安裝方式。

圖1 海河口泵站水泵機組安裝布置示意

水平安裝要求安裝基線嚴格與地面平行，同時同心度、擺度、徑向位移以及相應(yīng)間隙等均滿足安裝規(guī)范要求。

斜式安裝水泵機組安裝基線不要求與地面平行，但水泵機組各部件仍應(yīng)嚴格在基準線、基準面上安裝，并按照《泵站設(shè)備安裝及驗收規(guī)范》（SL317-2015）、《大中型泵站主機組檢修技術(shù)規(guī)程》（DB32/T 1005-2006）控制安裝誤差，滿足同心度、擺度、徑向位移以及相應(yīng)間隙等安裝要求。

海河口泵站水泵機組設(shè)計采取水平安裝方式，水泵安裝軸向基線與地面平行，但由于不均勻沉降量過大（0.4～0.54 mm/m），超出了填料函等固定水工建筑物可調(diào)整量范圍，若保持設(shè)計水平安裝方式，須對泵站水工建筑進行局部拆除重建，維修成本較高、工期較長、技術(shù)復(fù)雜，故改為斜式安裝。

3.2 主水泵大修

主水泵的大修按照有關(guān)技術(shù)規(guī)定和圖紙要求進行，主要內(nèi)容有：對主水泵進行全面解體拆卸，檢查葉片、葉輪室、導(dǎo)葉體，發(fā)現(xiàn)問題嚴重返廠修復(fù)，對發(fā)生氣蝕的部位進行修復(fù)；檢查水泵主軸軸承位置，對磨損部位噴涂或冷焊處理后進行機械加工；對出現(xiàn)彎曲的泵主軸、短軸進行校核處理；更換和刮研加工軸承；更換機械密封；填料函填料、軸封更換；軸承襯維修或更換；機封軸套維修或更換；軸套維修或更換；軸承壓蓋、油封等維修或更換；密封圈更換；水泵外殼刷漆等。具體維修步驟如下[4]。

（1）測量。由專業(yè)技術(shù)人員對水泵進行拆解前的數(shù)據(jù)測量，做好記錄。

（2）拆解。按照圖紙要求，遵循先上后下、先外后內(nèi)、先部件后零件、先易后難的原則，拆解水泵各零部件，對水泵進行解體。

（3）檢查、處理、維修。拆解后的零部件按次序擺放整齊做好標記，清洗除銹。對拆卸后的零部件進行檢查、檢測、測量分析，分別確定需更換購置、現(xiàn)場修復(fù)及返回原生產(chǎn)廠家進行維修的零部件。

（4）安裝。所有零部件檢查合格后組織人員進行安裝。安裝和拆解次序相反，遵循先下后上、先內(nèi)后外、先零件后部件、先難后易的安裝原則，按照泵站安裝技術(shù)規(guī)范和圖紙數(shù)據(jù)要求對水泵進行組裝。

（5）調(diào)試。各種安裝數(shù)據(jù)合格后進行水泵調(diào)試。

3.3 同步電機大修

同步電機大修主要內(nèi)容有：拆卸吊裝聯(lián)軸器、冷卻器、碳刷和滑環(huán)、電動機端蓋及轉(zhuǎn)子，對各個部件進行檢查、檢測、檢修，更換部分部件，組裝調(diào)試。檢查定子線圈、轉(zhuǎn)子線圈的絕緣情況；檢查槽楔是否松動，線圈匝間有無短路、燒毀痕跡，如有燒毀，更換繞組；檢查定轉(zhuǎn)子間是否有摩擦痕跡，先做絕緣處理，后做刷漆、干燥、焊接、綁扎處理；檢查和實驗電機保護裝置；更換新的軸承，對軸承端蓋與軸承外套配合尺寸精度檢查，對軸承端蓋進行電鍍后磨削加工。配合尺寸精度檢查，先對主軸刷鍍或冷焊，再對軸承內(nèi)套進行磨削加工；更換新的滑環(huán)和碳刷；檢查冷卻器進行打壓試驗，并檢查兩臺風(fēng)機；檢查絕緣材料，做電機耐壓試驗。具體維修步驟與主水泵大修基本相同。

3.4 變速箱大修

變速箱大修主要內(nèi)容包括齒輪、傳動軸、軸承、油封、潤滑油、油泵、過濾器、水冷卻器等零部件的檢查、測量、拆卸、維修和安裝。具體維修步驟與主水泵大修基本相同。

4 大修效果

泵站機組大修工作自2020年11月開始，至2021年5月完成全部4臺水泵機組的運行調(diào)試，歷時7個月，主要對水泵機組的主水泵、同步電機、變速箱等進行了大修。結(jié)合泵站水工建筑物不均勻沉降情況，在安裝過程中將水泵機組由水平安裝改為斜式安裝，調(diào)整水泵機組的同心度、擺度，保證其在允許誤差范圍內(nèi)。水泵機組安裝后對各部位進行了重新測量，各項安裝誤差均在《泵站設(shè)備安裝及驗收規(guī)范》（SL317-2015）要求范圍內(nèi)[5]。

結(jié)合大修進度，在水泵機組組裝后，先后對各機組進行了連續(xù)試運行，通過連續(xù)監(jiān)測，水泵機組各部位溫度均在規(guī)范要求的正常值范圍內(nèi)，詳見表2；水泵機組各部位的振動量亦均符合規(guī)范要求，詳見表3。

表2 水泵機組運行狀態(tài)各部位運行溫度統(tǒng)計 ℃

表3 水泵機組各部位振動數(shù)據(jù)統(tǒng)計 mm

5 結(jié)論與建議

綜上所述，在海河口泵站大修工作中，通過測量數(shù)據(jù)分析，結(jié)合泵站運行中出現(xiàn)的溫度過高問題，判斷泵站機組出現(xiàn)問題的主要原因是建筑物不均勻沉降。結(jié)合實際情況，制定了將水泵機組由水平安裝改為斜式安裝的維修方案，同時對主水泵、同步電機和變速箱進行大修，將各項誤差調(diào)整至標準值范圍內(nèi)。水泵大修安裝后，通過測量和連續(xù)試運行，水泵機組各項指標均在要求范圍內(nèi)，保證了今后一段時間內(nèi)水泵機組的安全運行和排澇功能發(fā)揮。

同時，為及時掌握泵站機組各部位沉降狀況，避免由于建筑物的不均勻沉降造成機組故障，建議在電動機、齒輪箱、水泵等各部位基礎(chǔ)上設(shè)置沉降觀測點，每季度對沉降點進行觀測、分析，為水泵機組的安全運行和調(diào)整維修提供數(shù)據(jù)支持。