泵站水泵機(jī)組振動(dòng)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(jī)組的振動(dòng)問題與常規(guī)的動(dòng)力設(shè)備有著很大的區(qū)別。除了要注意電機(jī)自身的旋轉(zhuǎn)和靜止部位的振動(dòng)以外，還要注意到電機(jī)的電磁動(dòng)力和液壓對(duì)電機(jī)和電機(jī)的過流區(qū)的液壓引起的振動(dòng)。當(dāng)一個(gè)單位運(yùn)行時(shí)，流體--機(jī)械--電磁三個(gè)方面是互相作用的。由此需要對(duì)水泵機(jī)組軸系產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)研究，根據(jù)實(shí)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(yáng)程、多梯級(jí)、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(shè)計(jì)流量28.6 立方米/秒，加大流量33立方米/秒，裝機(jī)容量25.97 萬千瓦，設(shè)計(jì)灌溉面積82.47萬畝。工程更新改造后，設(shè)計(jì)流量37.4立方米/秒，加大流量43.89立方米/秒，裝機(jī)容量30.6萬千瓦，設(shè)計(jì)灌溉面積114.57萬畝。

2 水泵機(jī)組振動(dòng)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(yùn)行9個(gè)多月，在日常的使用和保養(yǎng)中，發(fā)現(xiàn)水泵機(jī)組的檢修頻次較高，每個(gè)月發(fā)生1-2 次。比如二期九泵4 號(hào)機(jī)組1 個(gè)月檢修3 次，9 個(gè)月2 次檢修，11、12 個(gè)月1 次。水泵在未達(dá)大修工況條件下經(jīng)常發(fā)生事故，對(duì)泵站的安全用水造成了一定的隱患。

通過對(duì)6 個(gè)泵、電動(dòng)機(jī)的軸進(jìn)行調(diào)中，并對(duì)各機(jī)組的工作狀態(tài)進(jìn)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(gè)逐步的步驟：

首先，振動(dòng)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(jìn)行拆裝檢修時(shí)，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(yùn)行期間是否能夠滿足要求

在明渠抽水時(shí)，抽水口多，抽水過程中，抽水流量對(duì)抽水系統(tǒng)的影響很大。當(dāng)明槽處于低位時(shí)，當(dāng)泵的實(shí)際抽上高度超出了設(shè)定值時(shí)，會(huì)使泵發(fā)生空化，造成泵的振動(dòng)，使泵與電動(dòng)機(jī)的軸向發(fā)生偏離，使主軸承受不均勻，從而造成對(duì)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(yáng)程（h吸損）和進(jìn)入槽在干水期的最低點(diǎn)（h低）來計(jì)算出泵的最高安裝高度（H吸實(shí)），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(yùn)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(biāo)注，該泵站中的水泵H允為3.6m，因?yàn)楸谜竟艿罌]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(jì)算得出H吸實(shí)=1.4m。本水泵的安裝高程為0.8m，較理論計(jì)算值1.4m低，這也是促使本泵站發(fā)生水泵振動(dòng)問題最直接的原因。

2.2.2 觀察水泵機(jī)組安裝的結(jié)構(gòu)是否滿足其實(shí)際需求。

泵站抽水機(jī)和電動(dòng)機(jī)底座的安裝方式為整體式鋼架結(jié)構(gòu)，由厚度約為10mm厚度的鋼板所焊接得到的，基礎(chǔ)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(gè)M24螺栓需要固定在混凝土預(yù)制件上。

（1）對(duì)機(jī)組彈性位移量進(jìn)行分析與計(jì)算。根據(jù)資料分析，碳鋼彈性模型為Eg=200GPa，這時(shí)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(hào)混凝土應(yīng)當(dāng)保持Eh=30GPa 的彈性模量。而通過對(duì)鋼筋砼進(jìn)行的振動(dòng)分析，應(yīng)該采用比靜態(tài)彈性系數(shù)高30%-50%的動(dòng)態(tài)彈性系數(shù)，所以通常采用40%左右的動(dòng)態(tài)彈性系數(shù)。因此在此基礎(chǔ)上，混凝土的動(dòng)態(tài)彈性系數(shù)應(yīng)該是42GPa，二者之間的位移之比為：

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入到上述公式中，結(jié)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(dòng)機(jī)上，后板地基的變形比混凝土基礎(chǔ)的變形要大。

（2）分析材料的膨脹問題。水泵與電動(dòng)機(jī)底座是在相同的鋼板底座上進(jìn)行的，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)和底座的表面溫度要比泵端的要高得多[2]。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)在28℃的室溫下，電動(dòng)機(jī)一側(cè)的溫度為57.5℃，而泵的一側(cè)為29.1℃。泵車和電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的軸線比泵的軸線高，二者的偏差可達(dá)0.435mm。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電動(dòng)機(jī)和泵軸的容許偏差值為0.16mm，而實(shí)際上，它們的偏差值幾乎是容許的2.7倍。

結(jié)果表明：電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)彈性位移過大，物料膨脹不均勻，會(huì)使泵軸與電動(dòng)機(jī)軸同心度發(fā)生變化，并隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長而增大，使水泵機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)幅度增大時(shí)，軸承內(nèi)的受力會(huì)發(fā)生改變，在熱溫度上升之后，軸承保持器會(huì)斷裂。

3 解決措施

3.1 具體解決措施

其實(shí)施方法是：用切割機(jī)床把原來的鋼架基部一刀兩斷；在原有的地面水泥預(yù)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(gè)水平分層設(shè)置橫向鋼筋；橫梁兩端與豎向鋼筋、鋼筋進(jìn)行了連接；在鋼筋鋪設(shè)完畢后，采用支模進(jìn)行高等級(jí)砼的澆注；強(qiáng)化維護(hù)，半個(gè)多個(gè)月后，將模板移走，并在基座上鑲嵌瓷磚；安裝好后，對(duì)電動(dòng)機(jī)的抽油機(jī)進(jìn)行了調(diào)校；通過測試后可對(duì)其機(jī)組開機(jī)試運(yùn)行[3]。

3.2 可行性分析

電動(dòng)機(jī)底座由鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)如下：①電動(dòng)機(jī)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(dá)的同心程度；②鋼筋混凝土是一種較差的導(dǎo)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(jī)組的正常工作。

4 效果分析

4.1 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

本次解決措施將水泵的基礎(chǔ)材料轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻罨炷林螅行Ы档土诉\(yùn)行期間所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)，極大的縮減了電機(jī)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(jié)構(gòu)中，其電機(jī)軸與水泵軸偏心距為Δh=0.263mm，也就是改造前大于標(biāo)準(zhǔn)的0.16mm，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的Δh=0.012mm，表示在改造之后小于標(biāo)準(zhǔn)的0.16mm。通過水泵與電機(jī)溫度在基礎(chǔ)改造前后的測量數(shù)據(jù)可以看出，在基礎(chǔ)材料改造之后的水泵，有效的減小了電機(jī)軸與水泵軸之間的偏心距。

4.2 運(yùn)行檢修對(duì)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(tái)水泵的維護(hù)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(shí)。一次檢修后，水泵從被動(dòng)維修改為主動(dòng)維修。

5 結(jié)語

綜上所述，通過分析水泵機(jī)組振動(dòng)原因，制定相應(yīng)處理方案，分析該方案的可行性，通過檢驗(yàn)該方案的實(shí)施效果分析證明此解決措施有效。