水泵振動故障原因及處理對策分析

摘要：為了解決水利工程水泵振動故障問題，首先分析了水泵振動故障的特征和原因，包括水力因素、連接螺栓問題、水泵轉(zhuǎn)子質(zhì)量、安裝運(yùn)行問題、設(shè)計生產(chǎn)缺陷等。其次，提出了針對性的故障處理策略，如隱患排查、減少氣泡、緊固連接螺栓、確保轉(zhuǎn)子質(zhì)量、做好設(shè)計檢修等。最后，通過景電水利工程的案例分析，展示了實際應(yīng)用中的處理舉措，旨在為水利工程水泵振動故障的處理提供實踐參考和幫助。

關(guān)鍵詞：水利工程 離心水泵 振動 材質(zhì)

Analysis of the Causes and Countermeasures of Water Pump Vibration Faults

WEI Shangpeng

Honghao Pump Industry Co.， Ltd.， Baiyin， Gansu Province， 730900 China

Abstract： In order to solve the problem of water pump vibration failure in water conservancy project， the characteristics and causes of water pump vibration failure were first analyzed， including hydraulic factors， connection bolt problems， water pump rotor quality， installation and operation problems， design and production defects， etc. Secondly， targeted fault handling strategies were proposed， such as hazard investigation， reducing bubbles， tightening connecting bolts， ensuring rotor quality， and conducting design and maintenance. Finally， through the case analysis of Jingdian Water Conservancy Project， practical measures for handling water pump vibration faults were demonstrated， aiming to provide practical reference and assistance for the handling of water pump vibration faults in water conservancy projects.

Key Words： Water conservancy project; Centrifugal water pump; Vibration; Material

在水利供水工程中，水泵屬于重要設(shè)備之一。水泵運(yùn)行效率會直接影響供水效率。隨著水利工程使用年限持續(xù)增加，水泵中的離心設(shè)備會產(chǎn)生一定的磨損。若相關(guān)企業(yè)未能做好水泵日常維修和養(yǎng)護(hù)工作，則水泵可能會產(chǎn)生各類振動故障，進(jìn)而對供水效率產(chǎn)生影響。結(jié)合大量的水利工程案例可知，水泵振動故障非常常見，導(dǎo)致水泵振動故障的原因眾多，為確保水輸水效率，需要及時剖析水泵產(chǎn)生振動的原因，并制定對應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施。[wl2]"水利工程供水水泵維修多應(yīng)用傳統(tǒng)的故障診斷方法，比較常用的方法為紅外熱成像檢測、振動分析、超聲波無損檢測技術(shù)等。但是，以上方法均存在一些局限性，對現(xiàn)場環(huán)境、水泵設(shè)備有著較高要求，難以實現(xiàn)實時在線檢測。近年來，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)成熟發(fā)展，水泵振動故障檢測技術(shù)也在更新優(yōu)化。基于此背景，對水泵振動故障原因進(jìn)行檢測分析具有一定的現(xiàn)實意義

1 水利工程水泵振動故障特征分析

水利水電工程泵站水泵主要為離心泵。離心泵主要由水導(dǎo)軸承、出水部分、聯(lián)軸器工作系統(tǒng)、泵筒體等部件組成。此外，水泵包括其他的零部件，如果其中任何零部件出現(xiàn)故障，均可能導(dǎo)致水泵振動。由此可見，導(dǎo)致供水水泵振動的原因多樣，具有一定的隨機(jī)性。在水利工程運(yùn)行環(huán)節(jié)，水泵故障會隨機(jī)發(fā)生。即便相同批次、相同型號的水泵，其運(yùn)行工況和振動故障特征也存在一定的差異。除此之外，水泵是一個高度精密的機(jī)械裝置，其內(nèi)部的精密零部件之間存在緊密且復(fù)雜的相互依賴關(guān)系。某一個部分出現(xiàn)故障，就如同多米諾骨牌效應(yīng)一般，很可能對其他部分產(chǎn)生影響，進(jìn)而引發(fā)振動問題^[1]。

2 供水站水泵振動故障原因探究

2.1水力因素

第一，汽濁現(xiàn)象。在水利工程項目中，隨著水泵機(jī)組運(yùn)行時間持續(xù)增加，容易產(chǎn)生汽濁現(xiàn)象。一旦水泵機(jī)組內(nèi)產(chǎn)生汽濁現(xiàn)象，會導(dǎo)致水泵內(nèi)出現(xiàn)大量的氣泡。水泵機(jī)組在運(yùn)行過程中，受葉輪旋轉(zhuǎn)影響，會導(dǎo)致水內(nèi)氣泡急劇縮小，當(dāng)氣泡破裂后會產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，產(chǎn)生的水擊力會對水泵內(nèi)壁造成侵蝕，由此誘發(fā)水泵振動故障。第二，水泵流速控制不力。水流量和水泵受沖擊影響力呈正比例關(guān)系。隨著水流量增加，對水泵內(nèi)壁的沖擊力也會持續(xù)增加，進(jìn)而誘發(fā)水泵故障；若水流量過小，可能會導(dǎo)致泵內(nèi)水流失穩(wěn)，增加水泵內(nèi)部壓力，也會導(dǎo)致水泵振動^[2]。

2.2連接螺栓[wl3]"不穩(wěn)定

螺栓在水泵結(jié)構(gòu)中有著至關(guān)重要的作用，它是連接電機(jī)座與水泵座的關(guān)鍵部件。當(dāng)水泵電機(jī)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，整個運(yùn)行系統(tǒng)對穩(wěn)定性要求極高，然而此時螺栓卻常常出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這就要求技術(shù)人員必須嚴(yán)格檢查，確保螺栓緊固到位。因為一旦螺栓未按照規(guī)定要求進(jìn)行緊固，水泵的支撐能力就會受到嚴(yán)重影響，這種不平衡會導(dǎo)致振動故障的產(chǎn)生。而且，水泵振動幅度與激振力大小呈正相關(guān)，螺栓松動引發(fā)的問題可能進(jìn)一步加劇振動^[3]。計算公式如下。

式（1）中：A代表水利工程水泵振動振幅；K則表示電機(jī)的激振力；D表示水泵支撐高度：Q的代表動態(tài)放大系數(shù)。排除螺栓緊固度因素條件下，隨著電機(jī)設(shè)備的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的動力對水泵支撐座產(chǎn)生的激振力頻率為0。

2.3水泵轉(zhuǎn)子質(zhì)量不佳

在水泵設(shè)備復(fù)雜而關(guān)鍵的運(yùn)行過程中，水泵轉(zhuǎn)子質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。一旦轉(zhuǎn)子質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，便會致使其動態(tài)平衡度大幅下降，這無疑是引發(fā)振動故障的主要根源之一。當(dāng)水泵處于運(yùn)行狀態(tài)時，會產(chǎn)生數(shù)量可觀的離心力。倘若轉(zhuǎn)子出現(xiàn)失衡情況，那么這種離心力就會變得極不穩(wěn)定。不穩(wěn)定的離心力會打破水泵原有的力學(xué)平衡，進(jìn)而引發(fā)振動現(xiàn)象。而且，失衡的轉(zhuǎn)子不僅會改變離心力的大小，其方向也會受到影響。通常情況下，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周后會回到原位，相應(yīng)地，離心力方向也會隨之發(fā)生變化，這種周期性的變化會持續(xù)沖擊水泵結(jié)構(gòu)，加劇振動問題。

2.4安裝運(yùn)行不到位

（1）在水利工程項目水泵安裝環(huán)節(jié)，若施工技術(shù)人員未能按照安裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝，也沒有做好基礎(chǔ)板找平工作，會對水泵后期運(yùn)行構(gòu)成威脅。例如：施工技術(shù)人員未能嚴(yán)格按照軸度標(biāo)準(zhǔn)做好水泵軸、電動機(jī)軸安裝作業(yè)，一定程度上會降低水泵的穩(wěn)定性。隨著水泵運(yùn)行時間增加，其容易出現(xiàn)振動故障。（2）在水泵安裝環(huán)節(jié)，如果施工技術(shù)人員未能做好管道敷設(shè)和配置工作，也容易出現(xiàn)水泵振動故障。若水利工程儲水池中的水量不足，則會對水泵出水量產(chǎn)生影響，進(jìn)而降低水泵轉(zhuǎn)速，該現(xiàn)象也可能導(dǎo)致水泵產(chǎn)生振動故障。（3）若水泵的密閉性不足，內(nèi)部存在空氣也極易誘發(fā)水泵振動故障。

2.5設(shè)計生產(chǎn)流程待優(yōu)化

除上述原因之外，導(dǎo)致水利工程水泵產(chǎn)生振動的原因很可能和水泵自身的設(shè)計有關(guān)。在水利工程項目，水泵運(yùn)行功率較高，對于設(shè)計人員的綜合能力要求較高。若水泵存在設(shè)計問題，則也會誘發(fā)振動故障。在實際的水泵設(shè)計環(huán)節(jié)，若設(shè)計人員未能做好水泵泵體剛度設(shè)計工作，沒有嚴(yán)格按照水利工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，這種情況會使水泵無法承受因高效運(yùn)行和高轉(zhuǎn)速而產(chǎn)生的巨大負(fù)荷，進(jìn)而對水泵的整體性能和使用壽命造成嚴(yán)重?fù)p害。

3 水電工程供水站水泵振動故障處理策略

3.1做好隱患排查工作

在水利工程項目運(yùn)行環(huán)節(jié)，水泵振動現(xiàn)象極為常見。要求現(xiàn)場技術(shù)人員必須結(jié)合水泵振動原因制定對應(yīng)的故障處理對策。一旦水泵設(shè)備出現(xiàn)振動故障，現(xiàn)場技術(shù)人員要第一時間確定振動源，并采取對應(yīng)的水泵機(jī)組維修方案，確保水泵機(jī)組能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。首先，現(xiàn)場技術(shù)人員需要對水利工程供水站水泵以往的轉(zhuǎn)子運(yùn)行數(shù)據(jù)和頻次進(jìn)行排查，確保上述數(shù)值均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。如果發(fā)現(xiàn)以上任意數(shù)據(jù)存在問題，要及時進(jìn)行整改。若供水站水泵振幅數(shù)據(jù)異常，則會對水泵轉(zhuǎn)子運(yùn)動頻次產(chǎn)生影響，時間一長，水泵轉(zhuǎn)子的偏心距會有所增加，極易誘發(fā)水泵轉(zhuǎn)子失衡問題。若在檢查過程中發(fā)現(xiàn)以上參數(shù)無問題，則技術(shù)人員要對連接水泵的螺栓進(jìn)行檢查，重點檢查螺栓緊固度是否達(dá)標(biāo)。其次，現(xiàn)場技術(shù)人員還要對水泵內(nèi)的汽蝕現(xiàn)象進(jìn)行檢查，借助專業(yè)設(shè)備檢查水泵內(nèi)部流速和流量值，排查振動故障隱患^[4]。

3.2減少氣泡

通過排查后，現(xiàn)場技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致水泵振動的原因為水力因素?，F(xiàn)場技術(shù)人員可以在水泵內(nèi)部增加一定比例的填料，這樣可以有效減少水泵內(nèi)部氣泡。除此之外，現(xiàn)場技術(shù)人員肩負(fù)著重要的責(zé)任，他們需要精準(zhǔn)地將水流量控制在額定范圍以內(nèi)。這是因為水利水電工程項目運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)對水泵的流量有著明確要求。具體而言，水泵的最大流量必須小于額定流量的75%，這能夠避免因流量過大對水泵造成損害；同時，最小流量要大于額定流量的25%，以此保障水泵能在合適的工況下穩(wěn)定運(yùn)行，防止因流量過小而引發(fā)一系列故障。

3.3緊固連接螺栓

在檢修過程中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致水泵振動故障產(chǎn)生的原因為螺栓松動，現(xiàn)場技術(shù)人員需要立即啟用螺維修方案，對螺栓進(jìn)行重新緊固。一旦水泵電機(jī)設(shè)備和支撐座之間的連接螺栓松動，現(xiàn)場技術(shù)人員可以根據(jù)水泵振動頻率對螺栓進(jìn)行逐一緊固，直至螺栓緊固標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)。

3.4 確保轉(zhuǎn)子質(zhì)量。

檢修時，若發(fā)現(xiàn)水泵振動由轉(zhuǎn)子失衡引起，則技術(shù)人員應(yīng)立即停泵并焊接或更換磨損的葉輪和葉片。若葉輪和葉片松動，則技術(shù)人員需要根據(jù)水泵運(yùn)行狀況和同心度調(diào)整葉輪緊固，并檢查聯(lián)軸器同心度。

若發(fā)現(xiàn)水泵聯(lián)軸器軸向間距大于10[wl7]" mm，需要對葉輪位置進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。在調(diào)整過程中，要及時清理葉輪和葉片上殘存的雜質(zhì)。葉輪位置調(diào)整過后，現(xiàn)場技術(shù)人員可以使用精密儀器設(shè)備準(zhǔn)確測量水泵聯(lián)軸器安裝間距，確保其數(shù)值符合水利工程項目水泵設(shè)備運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。在調(diào)整間距的過程中，還需要對連接螺栓進(jìn)行二次緊固，若在運(yùn)行過程中依然存在振動，則現(xiàn)場技術(shù)人員還可以對水泵、聯(lián)軸器和電機(jī)同心度進(jìn)行調(diào)整。

3.5做好設(shè)計檢修

在設(shè)計方面，若發(fā)現(xiàn)水泵因設(shè)計問題導(dǎo)致振動，則需要重新審視設(shè)計方案。設(shè)計人員要依據(jù)水利工程實際情況和運(yùn)行要求，優(yōu)化泵體剛度設(shè)計，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)精確規(guī)劃葉輪、葉片的尺寸、形狀和角度等參數(shù)，確保水泵能夠承受高負(fù)荷運(yùn)行。對于生產(chǎn)工藝不佳的問題，應(yīng)督促生產(chǎn)廠商改進(jìn)流程，提高精細(xì)化程度，保證水泵質(zhì)量。在檢修時，對于因安裝不規(guī)范導(dǎo)致的振動故障，要嚴(yán)格按照安裝標(biāo)準(zhǔn)重新施工，做好基礎(chǔ)板找平、軸度校準(zhǔn)、管道敷設(shè)和配置工作，同時檢查水泵密閉性，排除空氣，保障水泵穩(wěn)定運(yùn)行。

4 工程案例分析

4.1工程概況

景電水利工程項目在甘肅省水利工程領(lǐng)域占據(jù)著極為重要的地位，它是一項跨省區(qū)、擁有多梯級且具備大流量特征的大型提灌工程。該工程項目的整體設(shè)計流量達(dá)到了28.6 ，在某些特殊工況下，其最大流量能夠達(dá)到33 。整個工程規(guī)模宏大，共涉及43座泵站，這些泵站協(xié)同作業(yè)，為灌溉提供了充足的水源保障。而且，其總裝機(jī)容量高達(dá)25.9萬kW·h，彰顯出該工程強(qiáng)大的動力供應(yīng)能力。在設(shè)計景電工程的過程中，共建設(shè)干支渠1 391條，全長2 422 km，景電工程預(yù)計可灌溉面積達(dá)65 100 km2。景電工程項目作為甘肅省大型水利工程項目之一，總設(shè)計投資8.56億元?？紤]到景電工程建設(shè)區(qū)域為大陸性季風(fēng)，氣候較為干旱，水利水電工程產(chǎn)生的水流量主要用于灌溉和生活用水。景電工程各水泵主站使用的主水泵為20世紀(jì)80年代生產(chǎn)的離心泵。在水泵設(shè)備運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)水泵振動故障現(xiàn)象，一定程度上對景電工程安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

4.2離心泵振動故障處理舉措

結(jié)合景電工程實際運(yùn)行情況，分析水泵振動故障產(chǎn)生原因可知：在水泵設(shè)計生產(chǎn)環(huán)節(jié)未能嚴(yán)格按照景電工程的更新優(yōu)化速度對水泵進(jìn)行有效更換。鑒于此，建議將景電工程各泵站使用的水泵更換成運(yùn)行更為平穩(wěn)且流量更大的HS1200系列水泵，應(yīng)用此類水泵設(shè)備后，一方面，可以顯著提升泵站的運(yùn)行效率，有效降低水泵振動頻率；另一方面，可以確保泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行。若離心泵由葉輪、葉片厚度不均勻或設(shè)計不均勻而出現(xiàn)振動故障，針對水泵設(shè)備進(jìn)行檢修時，技術(shù)人員可以使用游標(biāo)卡尺或精密儀器對葉輪葉片厚度進(jìn)行檢測。如果在檢測過程中發(fā)現(xiàn)葉輪和葉片厚度不達(dá)標(biāo)，則需要立即對葉輪葉片進(jìn)行更換，對于磨損嚴(yán)重的葉輪葉片須立即更換。在安裝葉輪葉片的過程中，要做好動靜平衡檢驗測試工作，避免水泵機(jī)組葉輪葉片安裝偏離^[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，在水利工程項目運(yùn)行環(huán)節(jié)，水泵屬于重要的運(yùn)行設(shè)備。在水泵運(yùn)行過程中會經(jīng)常出現(xiàn)振動故障，考慮到景電工程項目具有揚(yáng)程高、流量大等特征，因此，極容易出現(xiàn)水泵故障現(xiàn)象，又加之水泵故障存在隨機(jī)性、層次性等特征，要求現(xiàn)場技術(shù)人員深入剖析導(dǎo)致水泵振動故障產(chǎn)生的各類原因，及早排查隱患，必要時還要對水泵葉片、葉輪厚度進(jìn)行測量，借此來有效降低水泵故障頻次。

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