大型水泵機組故障特點(diǎn)與原因分析
1、前言
大型水泵機組在機、電、水等方面均有可能引起機組故障,造成機組無(wú)法正常運行。明確大型水泵機組故障特點(diǎn)、主要故障形式及原因,可以有針對性地排除故障,縮短維修時(shí)間,提高維修質(zhì)量,并采取措施,盡量避免故障的發(fā)生,保證泵站功能的發(fā)揮。
2、主要故障與故障特點(diǎn)
2. 1、主要故障的確定
大型水泵機組由多個(gè)零部件組成,每個(gè)零部件都有其具體的功能,也都有可能發(fā)生故障。其中大部分零部件的故障對水泵機組的運行沒(méi)有直接影響,如果這些故障不能及時(shí)排除,其唯一的后果就是事后維修費用,且其費用低于預防維修。因此,在研究水泵機組故障時(shí),沒(méi)有必要對所有的成千上萬(wàn)個(gè)零部件逐一進(jìn)行分析。但某些關(guān)鍵部件的故障會(huì )直接導致機組無(wú)法運行,甚至危及安全。對于大型水泵機組的故障分析和維修性設計、評價(jià)和改善,只需針對比較少的一部分部件及機構,這些部件及機構故障的發(fā)生會(huì )影響泵站的正常和安全運行。這類(lèi)故障即為主要故障。鑒定關(guān)鍵部件及機構需要確定系統、分系統每一層次中的關(guān)鍵部件及機構。首先,將機組按復雜程度依次列出其所有產(chǎn)品,形成“構造樹(shù)”,然后將其故障顯然對設備沒(méi)有重要后果的部件從“樹(shù)”中略去,在留下來(lái)的部分中再選擇必須進(jìn)行故障及維修研究的部件及機構。典型的大型彎管式軸流泵機組“構造樹(shù)”如圖1所示。
圖1 彎管式軸流泵機組“構造樹(shù)”
調查某省59座大型泵站運行情況,發(fā)生過(guò)重要問(wèn)題和事故的泵站共有14座(其中部分泵站的水泵葉片可調節) ,機組出現問(wèn)題的部件及機構主要為推力瓦、電機絕緣、葉片、導軸承和葉片調節機構,粗略統計10年內各部件故障發(fā)生的次數如表1。水泵機組其他的常見(jiàn)故障,因其影響程度和維修難度小,維修費用低,一般可以采用事后維修。
表1 大型水泵機組關(guān)鍵部件故障次數統計
注:表中部分泵站水泵設置葉片調節機構。
2. 2、故障特點(diǎn)
2. 2. 1、影響大
大型泵站抗旱、排澇、調水功能能否正常發(fā)揮,關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全。水泵機組一旦在搶險排澇的關(guān)鍵時(shí)刻出現故障,如果得不到及時(shí)、快速準確的檢測、診斷和維修,抽水流量不能得到保證,將造成巨大的經(jīng)濟損失和社會(huì )負面影響。對于梯級泵站,如果某一級泵站水泵機組出現故障,將影響到其他梯級泵站乃至整個(gè)調水工程的正常運行。因此,大型水泵機組故障的后果嚴重,影響面廣,所以水泵機組的可靠性是重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。
2. 2. 2、原因復雜
(1)機械方面
磨損、腐蝕、疲勞、老化、汽蝕等失效形式,機組部件材料的性能、安裝質(zhì)量和運行條件都可能是水泵機組及其關(guān)鍵部件故障的原因。機械故障還具有潛在性、漸發(fā)性、耗損性、模糊性和多樣性等特性。水泵是旋轉機械,轉子不平衡、不對中,部件的潤滑和密封等都會(huì )導致機組故障。
(2)電氣方面
電流、電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì )引起電動(dòng)機的發(fā)熱,嚴重時(shí)會(huì )燒損電機。三相電壓的不平衡和三相阻抗的不同都會(huì )產(chǎn)生三相電流不平衡,最嚴重程度是一項保險絲熔斷,此時(shí)其它兩相將通過(guò)很大的電流,電動(dòng)機繞組溫度將迅速上升,可能立即燒毀電動(dòng)機。泵站電氣設備眾多,某一個(gè)出現故障,都有可能導致機組的故障。
(3)水力方面
主要是導致機組過(guò)載和水力振動(dòng)。上下游水位超出設計水位有可能導致機組過(guò)載。水力振動(dòng)原因有:汽蝕引起的壓力脈動(dòng);非設計工況流速不均勻引起的振動(dòng),特別是脫流漩渦引起的振動(dòng);水泵起動(dòng)過(guò)渡過(guò)程引起的振動(dòng)。
(4)管理方面
水泵機組的日常維護和保養不當,管理人員不按規程操作等都會(huì )引起機組故障甚至事故。
2. 2. 3、隱蔽性強
大型水泵機組故障的隱蔽性強主要有兩個(gè)方面原因: (1)正常情況下,無(wú)法進(jìn)入機組內部進(jìn)行檢查,也難以對機組解體進(jìn)行查看; (2)對于排澇泵站,只有在汛期才開(kāi)機抽水,抽水時(shí)間僅1～3個(gè)月,調水泵站雖然一年開(kāi)機時(shí)間有5000～6000h,也有3～4個(gè)月時(shí)間停機。故障特征通常在機組運行時(shí)才表現出來(lái),在停機狀態(tài)下,難以發(fā)現故障的存在。
2. 2. 4、數據收集難
大型水泵機組都是根據特定泵站結構形式和運行工況條件設計的,生產(chǎn)數量少、機組造價(jià)高,同型號機組的數量少,故障類(lèi)比性差、故障數據收集難度大。機組開(kāi)機政策性強,故障數據主要是依靠平時(shí)泵站管理中的記錄。由于故障現場(chǎng)環(huán)境復雜,維修強度大,維修周期長(cháng),各泵站技術(shù)力量和管理水平存在差異等諸多因素,使得故障處理數據收集難度大。
2. 2. 5、故障率確定難
水泵機組母體變化,故障率難以確定。大型水泵機組使用期限長(cháng),一般長(cháng)達幾十年,需要經(jīng)過(guò)多次維修,雖然機組的整體機構沒(méi)有改變,但是其各部件,特別是易磨、易損部件,已被全部或部分更換,且維修安裝的技術(shù)條件、維修質(zhì)量也在不斷變化,且機組維修周期通常都比較長(cháng)。因此發(fā)生故障的母體是變化的,再由于機械系統零部件的材料、加工工藝、負荷、功能等方面存在差異,故障模式千變萬(wàn)化,故障率的確定就缺少了相同的發(fā)生條件,難以準確統計出大型水泵機組的故障率分布規律。一般將大修之后的機組作“修復如新”的假設,即相鄰故障時(shí)間獨立同分布,按照原來(lái)維修周期對其進(jìn)行大修。
