水泵运行中出现的问题与改进措施
2013年01月22日 17:12:12
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hbzhan内容导读：水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。
衡量水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。
1、水泵运行条件
东雷抽黄工程位于黄河小北干流段，河源泥沙含量较高，据有关资料介绍，黄河年平均含水量32.21kg/m3，汛期zui大含砂量618~713kg/m3，泥沙中含矿物质多且质地坚硬。东雷二级泵站距渠首一级站1.5km，一级泵站抽引的黄河水未经处理直接进入二级泵站，河源含砂量等于二级泵站进水含沙量。
东雷抽黄总干渠设计断面过水120m3/s，而正常运行过水zui大不超过30m3/s，zui小仅8m3/s，总干渠在一级站抽水17.21m3/s时，水流速度1.507m/s，过大的渠道断面和过低的水流速度使泥沙大量淤积在总干渠。水泵进口淤积厚度平均2.5~2.8m.H2型泵为负吸程泵，设计泵轴中心线低于进水闸低水面2.2lm，图1为渠道淤积渠底高程及泵轴中心线高差示意图。当水泵运行时，泵轴中心线与淤积后的进水底面相差4.71~5.01m，渠底泥沙由于泵的抽吸作用，绝大部分进入水泵，并由水泵抽送上塬。水泵的运行过程实际上是一个渠道的拉沙过程，且淤积沉淀的泥沙恰恰都比重大，颗粒粗（泥沙中径在0.12mm左右），矿物质含量高，且质地坚硬，对水泵磨蚀危害极大，经测试，H2型泵的过机含量是渠首一级泵站含沙量的2~3倍。加上水中挟带的泥沙，H2型泵过机量含沙量平均在30~35kg/m3左右，由于H2型泵安装的特殊地理位置，决定了它的运行条件十分恶劣。
2、水泵运行中出现的问题
H2型泵是上世纪70年代沈阳水泵厂为东雷抽黄工程设计制造的泵。为单吸双级式结构，总重量40t，由于当时缺少泥沙磨蚀方面的经验借鉴，水泵设计以提高部件材质为主要抗磨蚀措施。其它参数设计仍以清水介质为对象，当遇到东雷二级泵站如此恶劣的运行条件时，水泵难免出现各种想象不到的问题。
2.1高压侧轴封装置漏水严重，并造成不良后果
H2型泵轴封装置为水环式机械密封装置，高压侧设计五级水封旋涡轮。当水泵运行时，旋涡轮转动，形成端部水压，以抗御水泵内部的压力水流。轴封装置安装间隙很小，轴向2mm，径向0.5mm.
（1）启动瞬间，轴封装置常常冒火冒汽。H2型泵启动瞬间，由于启动转矩和水力轴向不平衡，泵轴轴向窜动较大，窜动量通常在1.5~3mm，径向跳动在0.3~0.8mm.一旦泵轴轴向窜动量大于2mm，径向跳动超过0.5mm，水封轮和固定套必然发生摩擦，产生火花和热量，遇水变成水蒸气，同时伴有剌耳的摩擦声。轴向窜动时间短时，轴封装置磨损小仍可运行，只是止水效果不好，漏水严重。时间长时，轴封装置很快磨损报废，导致整台泵停止运行。
（2）轴封漏水，污蚀润滑油，轴承发热烧瓦。轴封装置几乎在每次启动过程中都可能产生硬摩擦，造成水封轮，固定套轴向，径向间隙急剧增大。轴封性能大大下降，据统计，一套完好的轴封装置在泥沙水中运行50~100h，就开始逐渐漏水。漏水过程由小到大，每小时10~15m3，zui大时100~110m3/h.泥沙水经泵侵入轴承，使润滑油严格稀释污18杨凌职业技术学院学报第9卷蚀，运行期间，值班人员不得不放开轴承下部的排油管，排出沉淀在轴承下部的泥沙水。污蚀稀释后的润滑油润滑性能大大下降，水泵电机轴承运行很不可靠（水泵电机同用一稀油站），严重发热，轴承烧瓦事故屡屡发生。据统计，每运行一灌季，因高封漏水将污蚀润滑油0.5t，价值人民币3000余元。
2.2上止推轴承运行时间短，报废快，有时外圈突然断裂，防不胜防
H2型泵为双叶轮，*级叶轮扬程122.5m，第二级叶轮扬程112.5m.由于其结构设计和水力性能各方面的原因，转子部件运行时，存在轴向力。为了消除轴向不平衡力，在泵轴的非轴伸端安装了一组止推轴承，型号为46236，图3为水泵转子部件图，根据多年来的运行资料统计，水泵在泥沙水中正常运行150~200h，止推轴承就因保护架磨损而报废。非正常运行时，机组刚一启动，轴承外圈就突然断裂。
2.3过流部件磨蚀严重
H2型泵扬程高，叶轮出口线速度达50.2m/s，运行条件十分恶劣。在含沙量30~35kg/m3的条件下，运行200~300h，叶轮就严重磨蚀，叶片平均磨短3~5mm，直径磨小3~6mm，叶片出口边出现大面积的鱼鳞坑和沟槽，密封环单间隙由原来的0.75mm增到5~7mm，沿测量槽部位的边壁多处穿孔磨透；泵壳体高压区平均磨损2~3mm，叶舌磨短5~7mm.尤其是连通一二级叶轮的隔板套和叶轮套，尽管采用氰化处理后的碳钢材质，间隙也由原来安装的0.75mm增到2.5~3mm.水泵出水量由原来的2.2m3/s下降到1.8~2.0m3/s，水泵不得不在运行很短时间内解体大修。
H2型水泵轴封漏水，轴承断裂，运行不可靠，经笔者20余年的实践观察，其主要原因是水泵叶轮套和隔板套过速磨损。水泵轴向力急剧加大，当间隙由0.75mm增到1.5~2.5mm甚至更大时，经推算，泵轴产生的轴向力将是正常运行轴向力的2~3倍。而水泵选用的46236止推轴承在正常运行时载荷值就无多大安全系数（运行中保持架磨损就可说明这一点），当轴向力增大到正常运行的2~3倍时，轴承外圈断裂是必然的，轴承断裂后，泵轴处于无约束的状况下，窜动量超过2~3mm，磨损破坏轴封装置也是不可避免的。可见叶轮套，隔板套间隙的变化直接关系到轴承，轴封装置的安全，关系到水泵能否正常运行，而其它过流部件的磨损和密封环间隙的变化，只决定水泵的出水量的变化和效率高低，对水泵正常运行影响不大。
3、水泵运行状况的改进
针对H2型泵运行中出现的各种问题，近年来，东雷二级泵站从水源条件，抗磨蚀技术措施处理，检修周期等方面作了大量工作，使水泵运行条件和运行状况较前大有改善。
3.1修筑沉沙池，改善水泵抽水水源条件
根据东雷二级泵站前黄河滩地的地形，1992年修建了一个面积为7.33hm2的简易沉沙池，二级泵站过机水流先通过沉沙池沉淀泥沙后，再进入泵站，由水泵抽扬上塬，经测定，经沉沙池沉淀后的水泵过机含沙量由原来的30~35kg/m3下降到2~8kg/m3，水泵轴功率也由原来的7060kW下降到6560kW，每小时节电500kWh.
3.2采用抗磨技术，提高水泵大修周期
从1988年起，我们就对H2型泵过流部件进行了非金属抗磨喷涂技术处理，水泵叶轮采用氧金刚砂，复合尼龙和多层次组合涂层，使水泵叶轮大修周期由原来的200~300h提高到1000~1200h，泵壳体采用环氧金刚砂涂层后则保证运行1000h不伤母体。水泵叶轮套，隔板套，高压密封体Cr40材质制造，进行氰化处理，保证碳，氮共渗0.3mm，轴封装置的固定套材质也由HT2040提高为35#碳钢，使大修周期由原来的200~300h提高到500~600h.
3.3坚持定时检修的原则，适时更换磨损部件以做到防患于未然
尽管修建了沉沙池，水泵运行条件大大改善，但泵站仍然不放松检修这个环节，本站结合水泵运行工况制定了检修规程，坚持定时维修，坚持不等坏就换的原则，避免了由于零部件磨蚀而造成能源浪费和运行不可靠等不利因素。
4、结论
（1）在含沙量较高的东雷泵站，改变水源条件，过流部件采用抗磨技术措施，坚持定时检修，H2型泵运行状况是可以改善的。
（2）H2型泵轴封装置结构复杂，安装拆卸不方便，止推轴承承载力偏小，在多泥沙河流运行，有待于继续改进。
（3）H2型泵扬程高，流量大，以清水介质设计，运行实践证明，抽送含沙量较低（2~8kg/m3）的黄河水质，结构是合理的，运行是安全的，不需改进，可在其它相同条件下的清水泵站运行。
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