泵站水泵機組振動的原因分析及處理措施

趙國勛

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅景泰 730400）

0 前言

泵機組的振動問題與常規(guī)的動力設備有著很大的區(qū)別。除了要注意電機自身的旋轉和靜止部位的振動以外，還要注意到電機的電磁動力和液壓對電機和電機的過流區(qū)的液壓引起的振動。當一個單位運行時，流體--機械--電磁三個方面是互相作用的。由此需要對水泵機組軸系產(chǎn)生振動的機理進行詳細研究，根據(jù)實際工程情況探討其故障發(fā)生的具體原因，找到解決措施。

1 工程背景

甘肅省景泰川電力提灌工程是跨省區(qū)、高揚程、多梯級、大流量的大Ⅱ型電力提灌工程，有泵站43座，建成干、支、斗渠1391 條2422 公里，總投資8.56億元。工程原設計流量28.6 立方米/秒，加大流量33立方米/秒，裝機容量25.97 萬千瓦，設計灌溉面積82.47萬畝。工程更新改造后，設計流量37.4立方米/秒，加大流量43.89立方米/秒，裝機容量30.6萬千瓦，設計灌溉面積114.57萬畝。

2 水泵機組振動問題發(fā)現(xiàn)與原因分析

2.1 問題發(fā)現(xiàn)

工程平均每年運行9個多月，在日常的使用和保養(yǎng)中，發(fā)現(xiàn)水泵機組的檢修頻次較高，每個月發(fā)生1-2 次。比如二期九泵4 號機組1 個月檢修3 次，9 個月2 次檢修，11、12 個月1 次。水泵在未達大修工況條件下經(jīng)常發(fā)生事故，對泵站的安全用水造成了一定的隱患。

通過對6 個泵、電動機的軸進行調(diào)中，并對各機組的工作狀態(tài)進行跟蹤，以確定其故障的成因。通過追蹤，我們可以看出，泵的失效是一個逐步的步驟：

首先，振動的大小從很低到很大；其次，軸承的溫度上升；最后，在軸承內(nèi)部出現(xiàn)了奇怪的摩擦聲。在進行拆裝檢修時，發(fā)現(xiàn)了軸承座有一定的損傷[1]。

2.2 原因分析

2.2.1 觀察明渠低水位運行期間是否能夠滿足要求

在明渠抽水時，抽水口多，抽水過程中，抽水流量對抽水系統(tǒng)的影響很大。當明槽處于低位時，當泵的實際抽上高度超出了設定值時，會使泵發(fā)生空化，造成泵的振動，使泵與電動機的軸向發(fā)生偏離，使主軸承受不均勻，從而造成對維持器的破壞。

已經(jīng)決定了泵的安裝高度（H允），并且由泵的抽吸管損耗揚程（h吸損）和進入槽在干水期的最低點（h低）來計算出泵的最高安裝高度（H吸實），也就是在泵的軸向和干水期表面的豎直水平。而且由于其自身的安全高度已被確定，因此在低水位運行過程中，核定水泵的安裝高度能否符合下列公式：

該公式中的H允一般都是在水泵銘牌被標注，該泵站中的水泵H允為3.6m，因為泵站管道沒有安裝底閥，因此h吸損取值為1.2m，明渠最低水位為-1.0m，帶入到上述公式中，可計算得出H吸實=1.4m。本水泵的安裝高程為0.8m，較理論計算值1.4m低，這也是促使本泵站發(fā)生水泵振動問題最直接的原因。

2.2.2 觀察水泵機組安裝的結構是否滿足其實際需求。

泵站抽水機和電動機底座的安裝方式為整體式鋼架結構，由厚度約為10mm厚度的鋼板所焊接得到的，基礎高度為40-50cm之間，鋼板的截面積為：

在底座安裝中采取的8個M24螺栓需要固定在混凝土預制件上。

（1）對機組彈性位移量進行分析與計算。根據(jù)資料分析，碳鋼彈性模型為Eg=200GPa，這時如果利用截面積為Ah=2.3m2的混凝土基座，那么所選取的C30 型號混凝土應當保持Eh=30GPa 的彈性模量。而通過對鋼筋砼進行的振動分析，應該采用比靜態(tài)彈性系數(shù)高30%-50%的動態(tài)彈性系數(shù)，所以通常采用40%左右的動態(tài)彈性系數(shù)。因此在此基礎上，混凝土的動態(tài)彈性系數(shù)應該是42GPa，二者之間的位移之比為：

將相關數(shù)據(jù)帶入到上述公式中，結果表明，二者之間的位移比為5.03。由分析可知，在相同的電動機上，后板地基的變形比混凝土基礎的變形要大。

（2）分析材料的膨脹問題。水泵與電動機底座是在相同的鋼板底座上進行的，因為電動機在運轉過程中要發(fā)熱，所以水泵與水箱的水溫是一樣的，所以電動機和底座的表面溫度要比泵端的要高得多[2]。通過對實驗結果的分析，發(fā)現(xiàn)在28℃的室溫下，電動機一側的溫度為57.5℃，而泵的一側為29.1℃。泵車和電動機的直徑為0.9m，其膨脹率為（16.6-17.1）×10-6。在泵裝配過程中，耦合器的連接狀態(tài)良好，也就是電動機的主軸和泵軸處于同一水平，工作平穩(wěn)后，物料因升溫而發(fā)生膨脹，使電動機的軸線比泵的軸線高，二者的偏差可達0.435mm。有關標準規(guī)定，電動機和泵軸的容許偏差值為0.16mm，而實際上，它們的偏差值幾乎是容許的2.7倍。

結果表明：電動機基礎彈性位移過大，物料膨脹不均勻，會使泵軸與電動機軸同心度發(fā)生變化，并隨運轉時間的延長而增大，使水泵機組出現(xiàn)振動，當振動幅度增大時，軸承內(nèi)的受力會發(fā)生改變，在熱溫度上升之后，軸承保持器會斷裂。

3 解決措施

3.1 具體解決措施

其實施方法是：用切割機床把原來的鋼架基部一刀兩斷；在原有的地面水泥預制塊四周打60根M18鋼筋；以60 根M14筋的植筋膠植筋為豎筋；在原有的鋼架周圍，按上下三個水平分層設置橫向鋼筋；橫梁兩端與豎向鋼筋、鋼筋進行了連接；在鋼筋鋪設完畢后，采用支模進行高等級砼的澆注；強化維護，半個多個月后，將模板移走，并在基座上鑲嵌瓷磚；安裝好后，對電動機的抽油機進行了調(diào)校；通過測試后可對其機組開機試運行[3]。

3.2 可行性分析

電動機底座由鋼結構轉變?yōu)殇摻罨炷两Y構，其優(yōu)點如下：①電動機底座的截面面積增加，彈性位移減少，并減少了由于位移引起的水力位移。泵軸與馬達的同心程度；②鋼筋混凝土是一種較差的導電材料，它能防止鋼筋混凝土的溫度上升太快，從而減少因材料的膨脹而產(chǎn)生的熱量。造成偏心率增加的影響，保證了水泵機組的正常工作。

4 效果分析

4.1 數(shù)據(jù)對比分析

本次解決措施將水泵的基礎材料轉變?yōu)殇摻罨炷林?，有效降低了運行期間所產(chǎn)生的熱傳導，極大的縮減了電機軸與水泵軸的偏心距，促使其誤差可被控制在［Δh］=0.16mm的范圍內(nèi)。

在鋼結構中，其電機軸與水泵軸偏心距為Δh=0.263mm，也就是改造前大于標準的0.16mm，而鋼筋混凝土結構的Δh=0.012mm，表示在改造之后小于標準的0.16mm。通過水泵與電機溫度在基礎改造前后的測量數(shù)據(jù)可以看出，在基礎材料改造之后的水泵，有效的減小了電機軸與水泵軸之間的偏心距。

4.2 運行檢修對比分析

本次檢修過程，減少了泵站的抽水次數(shù)，增加了同一臺水泵的維護周期。在全月工況下，水泵由原來的30 天檢修一次到改造后約2300 小時。一次檢修后，水泵從被動維修改為主動維修。

5 結語

綜上所述，通過分析水泵機組振動原因，制定相應處理方案，分析該方案的可行性，通過檢驗該方案的實施效果分析證明此解決措施有效。