軸流泵振動故障分析及排除

【摘 要】軸流泵憑借著流量大、揚程低等優勢，被廣泛用于農田排灌、水利工程等領域。軸流泵在實際運行中也容易出現故障，產生較大噪聲和振動故障就是其中。本文結合泵站軸流泵運行實例，對軸流泵運行振動較大，噪聲刺耳的故障問題展開分析，在掌握原因后提出了相應的故障排除措施，取得了較好的效果。

【關鍵詞】泵站；軸流泵；故障分析；排除

隨著水利建設事業的發展，軸流泵作為一種高比轉速、流量大、揚程低的水泵，在泵站建設中得到了廣泛應用。目前在實際應用中，有些泵站運行管理人員還是不能正確地使用軸流泵，沒有按照軸流泵技術操作規程來使用，使得軸流泵發生各種故障問題，如：運行不穩定，運行振動較大，噪聲刺耳等問題，這些問題影響了軸流泵的使用效果和使用壽命。針對上述故障問題，泵站運行管理人員有必要進行相應的故障分析，找出故障原因，進而排除故障，以提高軸流泵的運行效率。

1、故障發生實例

某潛水軸流泵現場同時開動，運行穩定后，1號水泵電流稍微偏大，（1號水泵電流為83A，2號水泵電流為70A，3號水泵電流為71A），而且運行振動較大，噪聲刺耳，泵站管理人員的工作環境很差。而2#、3#水泵運行平穩，無不良反應。

2、故障分析

在泵站現場，由建設管理單位牽頭，設計院和制造廠家以及泵站管理所共同參加，就該泵站運行出現的問題進行會審。

1）從水泵的進水條件開始分析。根據文獻，進水條件不好，進水不暢，引起進水產生漩渦，此種渦附著在吸水池底部或側壁，一端到達吸入管內，雖沒有空氣吸入，但在水中渦的中心部分會發生汽蝕。由于泵內吸入空氣和發生汽蝕，可能造成泵性能下降，流量不足或原動機超負荷，另外，會產生噪聲和振動，引起運行不穩定。

由于該泵較小，進水采用開敞式進水流道。觀察現場進水條件寬敞，流態平穩，未產生渦狀。

2）檢查水泵是否過載。比如由于水泵葉輪纏繞，將水泵抬起，結果未發現有纏繞物，所以應排除堵塞引起的超載。從現場抄錄的電流表讀數，該潛水軸流泵不存在超負荷運行的可能。由于該水泵配套控制保護柜電流表的讀數才83A左右，而該潛水電泵的額定電流為113.4A，說明功率余量較大，再看現場的進水出水水位，凈揚程較小，所以可以排除潛水軸流泵過載超負荷運行引起振動。

3）校核水泵實際運行揚程是否已使潛水軸流泵進入曲線的馬鞍形區域（如圖1所示），引起水泵運行工況不穩定，產生振動。從現場進出水池水位情況以及管道布置情況，經過計算實際水泵運行揚程并未進入馬鞍形區域，故可排除該種可能。

圖1 水泵性能曲線

4）井筒式安裝，井筒上部未設排氣閥或排氣閥不靈，井筒頂部的空氣排放不出，從而發出異響，甚至產生振動。解決措施是更換產品質量較好的復合式呼吸閥，有效地破壞井筒內上部形成的真空，對管道起到很好的保護作用。

5）水泵安裝是否穩妥，如安裝不正確引起傾斜，水泵運行時也會產生振動。而該水泵采用鋼制井筒懸吊式安裝，由經精加工的導葉體和安裝支座自耦安裝，不會引起水泵偏斜。

6）分析潛水電泵是否會產生汽蝕，從而引起水泵振動。潛水軸流泵是否產生汽蝕主要由兩方面因素來決定的，一是水泵本身的抗汽蝕性能即泵的汽蝕余量NPSHr，二是水泵的吸入裝置的情況，即裝置汽蝕余量NPSHa。前者與后者比值越大，泵越不容易發生汽蝕。是否發生汽蝕，要看最低水位是否滿足淹沒深度要求。

該潛水軸流泵要求Q=2709.7m3/h，H=4.32m，轉速n=980r/min，選用ZBM791-1000模型，經查該模型資料，汽蝕比轉速C=1170，則設計點的汽蝕余量NPSHr=（5.62 nQ1/2/C）4/3=6.53m。

汽蝕余量水頭NPSH=k·NPSHr=1.35×6. 53=8.82m（一般中小型泵站k取1.35）。

如圖2所示，水泵安裝高度（倒灌）

hg=NPSHpc/ρg+hc+pv/ρg

式中hg—水泵淹沒深度，單位為m；

pc/ρg—吸入液面的絕對壓力水頭，南京地區約10.31m；

hc—吸入損失，約0.3m；

pv/ρg—抽送液體溫度下的汽化壓力水頭，約0.24m。

則hg=-0.95m，即該泵從理論上講具有一定的吸上能力，可吸上0.95m。

為考慮安全，取最低水位至葉輪中心線的淹沒深度為0.60m。而該泵站的最低水位標高為3.50m，底板高層標高為1.80m，實際懸空高為0.50m，葉輪中心線至進水喇叭高為0.32m，則實際最低水位至葉輪中心線的淹沒深度為0.88m。所以泵站實際的安裝高程滿足汽蝕安全要求。從此點分析，水泵不應該發生汽蝕現象。現場將水泵吊起，查看葉輪和導葉體的易發送汽蝕的部位，沒有任何跡象表明已發送汽蝕。并且現場采取對調水泵即將1#與2#泵調換泵坑，發現1#泵仍然振動、噪聲大，說明與系統無關，僅與水泵本身有關。

圖2 水泵安裝位置

3、重點剖析

通過以上分析，出現振動要從潛水電泵本身來著手分析。

（1）潛水電泵下部推力軸承是否破壞現場聽聲音并沒有滾珠破碎的聲音，后來返工廠拆卸檢查軸承仍然完好。

（2）是否由水泵各配合止口制造精度引起由于潛水軸流泵是潛水電動機和水泵共用一根主軸，水泵各配合止口的形位公差直接決定了配合精度。將潛水電泵拆卸成電動機部件，臥式放置，測量其徑向圓跳動符合圖樣設計要求。

（3）潛水軸流泵的轉動部件的精度等級的影響潛水軸流泵的轉動部件有轉子和葉輪。

1）潛水電動機的轉子動平衡試驗精度。一是生產時嚴格按照圖樣進行加工，并將潛水電動機的轉子進行動平衡試驗，試驗精度達到G6.3級要求，符合相關的國家標準。二是在制造廠內將整個潛水電動機重新生產并經檢驗合格后（經用百分表檢查，主軸徑向圓跳動在允許的跳動范圍內），再更換裝上現有的水力部件，在工廠試驗時仍然出現振動，說明系由于水力部件引起的不平衡問題。

2）葉輪平衡有靜平衡和動平衡即帶負荷運行時的平衡問題等。該平衡主要從以下方面來加以控制：可調節式葉輪每組葉片各葉片之間重量差：葉輪直徑小于1000mm時，為單葉片名義重量的2%；葉輪直徑大于或等于1000mm時，為單葉片名義重量的4%。單葉片重量允許偏差為葉片名義重量的6%。每枚葉片的質量差在允許的范圍內，每枚葉片的型線檢查，防止鑄造后熱處理變形較多，引起水力不平衡，葉片組裝后必須進行靜平衡試驗。最難控制的是葉輪的動平衡問題即水力不平衡。

4、故障排除措施

由于葉輪為半調節形式。據了解，現場該臺水泵由于比其他兩臺水泵在同樣的水位即同樣的揚程工況下電流偏大，所以曾將葉輪葉片角度調小，這樣一來破壞了出廠時原有的葉輪靜平衡，加上葉片本身鑄造變形不一，運行時存在動不平衡，是現場產生振動的主要原因。

通過拆解葉輪部件，發現組裝的三枚葉片高低不一，經過用高度尺測量，發現三枚葉片的進水邊和出水邊高低相差竟達20mm。

針對以上分析，采取以下措施：首先，根據標準挑選質量接近的葉片，并測量其葉片型線，符合標準的葉片方可裝配，裝配時檢查進水邊和出水邊的高度并作相應的調整后固定。其次，將整個葉輪總成進行靜平衡試驗并在輪轂上去除不平衡量，待符合靜平衡要求后，再裝配到水泵上去。最后通過試驗驗證。先是在工廠內進行試驗，在潛水軸流泵整個允許的揚程范圍內運行，發現運轉正常，尤其是無振動現象發生，聲音正常。待水泵返回至用戶現場，重新安裝調試運行，運轉平穩，無任何振動，用戶反映比原先的2#和3#水泵運行還要平穩，聲音輕，除潛水電動機和水流的聲音外無任何雜音。用戶十分滿意。