洋關泵站大修工程施工思考—機組耐久性分析

李洪添

摘 要：以中山市火炬開發(fā)區(qū)洋關泵站大修工程為例，介紹立式軸流泵的關鍵易損件及主要失效形式，提出關鍵易損件的常見修復措施及保證機組耐久性的注意事項，延長機組使用壽命。本文可供泵站技術人員就機組大修施工、故障分析及修復方法等問題進行參考。

關鍵詞：洋關泵站 大修 水泵機組 耐久性分析

1.工程概況

中山市火炬開發(fā)區(qū)洋關泵站修建于2 0 0 5年，使用4臺型號為3000ZLQ32.5-2.2的立式軸流泵，運行十幾年，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年實施洋關泵站大修工程，旨在通過對機組進行拆卸、檢測、分析、修復等改造工作，有效排除現存故障。機組大修前，應編制大修施工方案并嚴格執(zhí)行，方案應包括機組拆卸、檢測、分析、修復等內容。

2.水泵機組耐久性分析及關鍵部件修復措施

機組耐久性取決于機組可靠性，特別是關鍵部件的可靠性。有些故障對耐久性影響不大，不會造成嚴重的設備損傷，如潤滑油油質變差、調節(jié)機構異常、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組使用壽命，嚴重影響機組耐久性，如水泵導軸承磨損失效、水泵葉面汽蝕與間隙汽蝕破壞、電機推力軸承燒熔、電動機定子繞組絕緣老化等。因此，在耐久性分析時，應著重分析關鍵部件的可靠性，明確關鍵部件的主要失效形式，并針對性的提出對應的修復措施。 2.1 水泵導軸承失效及其修復

導軸承是水泵的關鍵部件，主要承受水泵徑向力、穩(wěn)定葉輪轉動。水泵長時間運行或在含沙量較大的水質下運行，導軸承均會有不同程度的磨損，使導軸承與軸徑、導軸承與機架之間的間隙不斷增大，引起各方向受力不均勻，產生徑向位移，使機組擺度超限與振動超限，降低機組運行效率，甚至會造成葉輪碰傷折斷等嚴重機械損傷。

水泵導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）。非金屬材料結構簡單、維護簡便、造價低，一般采用水潤滑，缺點是承載力低、摩擦學性能差，容易造成軸承老化脫落。洋關泵站正是使用這種較老式的聚氨酯導軸承。

針對本工程使用的水潤滑聚氨酯導軸承，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措施有：一，更換導軸承材料及潤滑方式，使用油潤滑巴氏合金導軸承或其他抗砂耐磨復合材料，此類材料摩擦學性能優(yōu)越，穩(wěn)定性好，承載力大，基本不會出現材料老化現象。二、設置油密封裝置以及排漏水裝置，防止水體、泥沙等雜質進入軸承，同時應做到經常檢查排水管道，保證管道排水能力。三、保證導軸承安裝質量，減少導軸承荷載，特別注意計算軸承徑向載荷、軸瓦摩擦系數、水質含沙量、軸瓦抗磨損強度等參數，優(yōu)化設計導軸承結構與選型。

2.2 水泵汽蝕危害及其修復

水泵汽蝕也叫水泵空化，是一種常見的降低水泵效能，破壞過流部件的危害現象。一般表現為在過流部件上出現麻點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，嚴重時發(fā)生葉片變形剝落、葉片間隙增大超限等現象，影響水泵安全運行。

按水輪機汽蝕損壞標準，汽蝕現象可根據汽蝕侵蝕指數K分為五個等級，K=V*10-3/FT（K-汽蝕侵蝕指數，V-汽蝕侵蝕體積，T-有效運行時間，F-葉片汽蝕總面積），其標準如下：Ⅰ級，K< 0.0577x10-4 m m / h；Ⅱ級，K=（0.0 5 7 7 ～ 0.115）x10-4mm/h；Ⅲ級，K =（0.115～0.577）x10-4mm/h；Ⅳ級，K =（0.577～1.150）x10-4mm/ h；Ⅴ級，K<1.150x10-4mm/h；判斷標準為：、Ⅰ、Ⅱ級為一般汽蝕，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級為嚴重汽蝕。葉片汽蝕一般分為葉面汽蝕與間隙汽蝕，對于葉面汽蝕，一般認為汽蝕面積超過葉片面積的30%，或汽蝕深度超過葉片厚度15%時，可認為此水泵葉片失效；對于間隙汽蝕，一般認為水泵安裝時的初始葉片間隙為0.001D（D為葉輪直徑），當葉片間隙增加到0.0025D或水泵效率下降5%時，可認為此水泵葉片失效。

洋關泵站大修時發(fā)現四臺水泵的葉片均已達到一般汽蝕等級，必須采取相應的汽蝕修復措施。汽蝕修復措施一般有一下幾種：一，焊層與補焊。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金屬表面保護層。補焊則應用于修復汽蝕發(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。冷焊前應先在被焊處鏟出“V”形焊接坡口，焊接應分層進行進行堆焊，焊接時要注意敲打，以便去除表面浮渣、消除焊接內應力。堆焊時應注意焊接的飽滿度，焊后要進行細致打磨，使其與原有表面齊平，保證美觀。二，化學涂層。一般是使用環(huán)氧樹脂復合尼龍聚氨酯等高分子聚合物材料，在葉面形成保護薄膜，防止汽蝕。三，表面化學熱處理。此方法是利用化學熱處理對葉面進行強化處理，增加葉面硬度，提高葉面抗汽蝕能力。

2.3 水泵配套電動機定子繞組絕緣老化及其修復

電動機運行時，特別是長期在惡劣環(huán)境中使用或停放時，定子繞組會出現老化現象，致使絕緣電阻快速下降，產生安全隱患。定子繞組絕緣老化一般是由于灰塵、油污、水滴、潮濕空氣等進入繞組，產生電化學反應后破壞絕緣油漆、損壞線圈而產生。

定子繞組絕緣老化是電動機主要失效形式之一，按照《水泵設備安裝及驗收規(guī)范（SL317）》要求，在電機運行前、運行一段時間后以及規(guī)定的大修時間內，均應對電動機定子繞組的絕緣電阻、耐壓、空氣間隙、吸收比、極化指數等進行檢測，并以檢測數據為依據，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備交接試驗標準（GB50150）》要求，定子繞組的各相絕緣電阻不平衡系數應小于2；環(huán)氧粉云母絕緣吸收比應小于1.6；交流耐壓試驗合格后的絕緣電阻折算值（折算至運行溫度）不低于電機額定電壓1MΩ/kv時，方可投入使用，當檢測的絕緣電阻不滿足該規(guī)范時，需對定子繞組作烘干處理，嚴重時還需返廠重新進行浸漆絕緣處理，甚至對整個繞組部件進行更換。

針對定子繞組絕緣老化現象，日常維護中應做好以下幾點：一，無論是日常檢查或機組大修，均應做好對定子絕緣的保護，防止線圈、絕緣油漆等被劃傷或它物碰撞。二，必要的預防性維修。停機時，應保持現場潔凈，避免污物進入繞組，定期清理端面繞組表面，避免漏電、局部放電現象；運行時，應保持干燥，監(jiān)測繞組部件溫度與振動情況，避免出現熱老化與機械老化。三、每次機組大修時，可對定子繞組進行非破壞性的絕緣壽命預測，計算絕緣剩余壽命。一般可通過絕緣測試獲取大量絕緣相關數據，對數據進行整理分析與計算，由特邀專家對繞組絕緣剩余壽命進行全面評估，也可根據現有絕緣壽命曲線，通過比較分析確定剩余壽命。電動機絕緣剩余壽命的計算可把握繞組老化程度，掌握老化狀態(tài)，及時作出修復措施，對泵站運行具有極大參考意義。

3.結束語

影響水泵機組運行質量的因素是多方面的，包括機組設計與制造、模型試驗、安裝調試、土建工程建設質量等。本文以中山市火炬開發(fā)區(qū)洋關泵站大修工程為例，根據實踐經驗列舉了立式軸流泵機組常見的關鍵易損件及其主要失效形式與修復措施，旨在有助于基層技術人員掌握水泵檢查、觀測與維修養(yǎng)護的重點，提高泵站運行管理水平。

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