排污泵故障分析和排除
2018-03-20 16:30:01
液力聯(lián)軸器調速給水泵(以下簡稱液調泵)運行時，應能投入自動調節(jié)，以減少運行人員的操作控制，其調速范圍(fàn wéi)應達到25%~100%。但有些液調泵存在轉速變化率大，從而引發(fā)流量大幅度波動，可能導致(cause)斷軸事故的發(fā)生。
某電廠給水泵由前置泵、主給水泵、液力聯(lián)軸器（Coupling）及增速齒輪組成。前置泵由電動機主軸拖動，主給水泵由電動機通過增速齒輪、液力聯(lián)軸器拖動。前置泵型號為QG50080，主給水泵型號為DG480180，液力聯(lián)軸器型號為C046，為電力修造廠產品(Product)。
1、故障（fault）情況
該液調泵在一次檢修后投運時，發(fā)現(xiàn)給水自動調節(jié)特性變差。投自動時，存在流量波動大，有時達到80t/h左右，嚴重影響(influence)機組的正常運行。為分析這一問題(Emerson)，把正常泵的控制系統(tǒng)(system)切換至故障（fault）泵，出現(xiàn)相同的故障問題，由此基本上排除了熱工控制方面的原因。
2、給水泵液力聯(lián)軸器的調節(jié)
上世紀90年代，液力聯(lián)軸器（Coupling）在國內得到了迅速發(fā)展，解決了定速給水泵的節(jié)流調節(jié)問題(Emerson)，有效地節(jié)約了廠用電。
液力聯(lián)軸器的調節(jié)是通過勺管調節(jié)渦輪的泄油量來調節(jié)給水泵的轉速，從而達到調節(jié)流量的目的。流量Q變化與轉速n成正比。
根據泵的特性曲線，可以作出一條流量的相對值g與勺管的相對角位移L的曲線。
g=G/Gmax
(1)
式中:G為泵的輸出流量，t/h;Gmax為泵的最大輸出流量，t/h。
μ=α/αmax
(2)
式中:A為勺管的角位移;Amax為勺管的最大角位移。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時，其安裝高度應降低，否則也不能吸上水來。
K=dg/dμ=αmax/Gmax·dG/dα
(3)
K為曲線的斜率，即為放大系數或調節(jié)特性系數。
在理想狀態(tài)下K=1，即傾角為45b，液力聯(lián)軸器（Coupling）在轉速調整過程中，流量變化平穩(wěn)，不會引起調節(jié)量與流量之間的不匹配。
K《1時，流量變化遲緩，不利于跟蹤負荷調整的需要。凱泉泵業(yè)開動前，先將泵和進水管灌滿水，水泵運轉后，在 葉輪高速旋轉而產生的離心力的作用下，葉輪流道里的水被甩向四周，壓入蝸殼，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補充了這個空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經蝸殼而進入出水管。
K》1時，流量變化過快，易引起流量上下大幅度波動，導致汽包水位不穩(wěn)，水泵調節(jié)頻繁，可能造成泵軸斷裂。
3、液調泵的性能試驗
為查找故障（fault）原因，對該泵進行了特性試驗，采用常規(guī)試驗方法。試驗前校核了相關表計。
試驗時，各工況負荷見表1。通過(tōng guò)液調泵提升壓力后的給水盡可能通過流量孔板，以最大化減少試驗誤差。各減溫水盡量少用，并給予相應修正。在此基礎上抄錄相關(related)數據。
4、故障（fault）分析(Analyse)
試驗時，手動操作勺管，流量沒有波動，電流穩(wěn)定(wěn dìng)，平衡壓力正常，說明泵軸不存在竄動現(xiàn)象。凱泉泵業(yè)開動前，先將泵和進水管灌滿水，水泵運轉后，在 葉輪高速旋轉而產生的離心力的作用下，葉輪流道里的水被甩向四周，壓入蝸殼，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補充了這個空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經蝸殼而進入出水管。電動機工作正常，液力聯(lián)軸器在各負荷點能正常運行。根據負荷調節(jié)的需要，每當操作手操器時，流量都發(fā)生了很大的變化，要控制（control)在要求流量下，比較困難。勺管行程從61mm變化到71mm時，流量從284t/h變化到430t/h。從圖1看出，整個調速系統(tǒng)(system)的線性較好但是曲線較陡，開度每變化1%，流量變化11.23t/h給水泵流量的大小，決定于給水泵的轉速。泵軸安裝于液力聯(lián)軸器的渦輪上，而渦輪的轉速決定于勺管的回油量。如果單位(unit)行程內的回油變化量過大，將嚴重影響給水泵流量的穩(wěn)定。為此，應減小勺管回油量的變化率。
4.1放大系數K
勺管的最大行程為110mm，最大流量為440t/h根據表1，流量從284t/h變化到430t/h，行程從61mm變化到71mm。上海凱泉由于葉輪進口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經吸水管路帶來的沿程損失，實際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠小于10米。
K=dg/dμ=αmax/Gmax·dG/dα=(110/440)·[(430-284)/(71-61)]=3.65
則曲線的傾角為74.7b，說明曲線較陡，這是引起液力聯(lián)軸器（Coupling）調速性能不穩(wěn)的主要原因。要改善液力聯(lián)軸器調節(jié)性能，就要解決好勺管回油量的變化量，使得在相同開度變化量的條件下，回油量減小。
4.2凸輪
把拆除的老凸輪重新安裝，投運后，發(fā)現(xiàn)對液力聯(lián)軸器調節(jié)性能的改善作用不明顯。為此，在加上凸輪同時，改變凸輪型線，使之適應負荷調節(jié)的需要。即在50%負荷以下，使凸輪型線較陡;在負荷常常調節(jié)的區(qū)間，凸輪型線較為平坦;其余負荷區(qū)間的型線也較陡。
4.3減小齒條與齒輪傳動比
液力聯(lián)軸器（Coupling）調節(jié)時，凸輪帶動齒條上下運動，齒條再帶動齒輪，齒輪繼而帶動扇形齒輪，從而引起勺管開度的變化，調節(jié)給水流量。勺管的調節(jié)是通過扇形齒輪轉動來帶動的，齒條傳動與扇形齒輪同軸的齒輪。減小齒條與齒輪傳動比，即增大齒輪直徑，延長齒條長度，保證勺管的開足與關嚴。減小了齒條與齒輪傳動比，即同樣行程的凸輪，扇形齒輪的開度變小，勺管的回油調節(jié)量變小，從而減小了給水流量的波動。
5、處理方式及結果
根據以上分析，采取了相應的措施。首先考慮增加凸輪，如果增加凸輪無效，則考慮采用電腦調節(jié)等措施。增加凸輪的難度相對較小，易于實現(xiàn)，并對凸輪的型線進行了改進。根據機組正常運行的負荷區(qū)間，考慮在50%負荷以下，凸輪的型線較陡;在50%~100%負荷下，相應的型線較為平坦。在低負荷時或開機過程中，由于需要開啟給水泵再循環(huán)閥，水泵也可以維持較高的流量。增加凸輪并改進型線后的流量及相關參數見表2。
恢復原凸輪后對勺管本身無多大影響(influence)，勺管行程在(60~70)mm處，斜率仍為3.45。根據表2，通過凸輪型線改進后，整個調速系統(tǒng)(system)(包括(bāo kuò)手操器)的斜率為100/440·[(416-274)/(71-48)]=1.4，傾角為540，傾角大幅度降低，基本滿足了負荷調節(jié)的需要，如圖3所示。機組通過上述改造后運行正常。
排污泵性能參數