泵組超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)原因分析及解決方案
摘 要： 泵組超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)是泵站生產(chǎn)中經(jīng)常遇見(jiàn)的現(xiàn)象，本文結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了原因分析，并提出了解決方案，應(yīng)用效果良好，值得推廣。
關(guān)鍵詞：泵組 超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) 過(guò)流 葉輪 切削
1 問(wèn)題的提出
獺湖泵站系深圳市東部供水水源工程調(diào)蓄泵站，按綜合自動(dòng)化系統(tǒng)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置，裝機(jī)6×280kW，四用二備，設(shè)計(jì)流量約1.5m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程12.5m，調(diào)蓄水庫(kù)設(shè)計(jì)蓄水水位為66m。受深圳市長(zhǎng)期缺水局面影響，調(diào)蓄水庫(kù)蓄水水位從未達(dá)到設(shè)計(jì)水位66m，日常運(yùn)行基本保持在59m以下，泵組基本以2臺(tái)運(yùn)行甚至單臺(tái)運(yùn)行。為測(cè)試調(diào)蓄水庫(kù)大壩高水位運(yùn)行下的滲漏情況，需要開(kāi)展水庫(kù)調(diào)蓄工作，將蓄水水位逐級(jí)提高，相應(yīng)泵組數(shù)量逐級(jí)增至4臺(tái)運(yùn)行。調(diào)蓄過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蓄水水位調(diào)至59.7m左右時(shí)，監(jiān)控屏上間斷性出現(xiàn)泵組運(yùn)行功率超過(guò)額定功率現(xiàn)象；當(dāng)水庫(kù)水位蓄至61m左右時(shí)，監(jiān)控屏顯示泵組過(guò)流報(bào)警信號(hào)，運(yùn)行功率高達(dá)292kW，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)緊急會(huì)診，決定在確保水力過(guò)渡過(guò)程平穩(wěn)的前提下盡可能短的時(shí)間內(nèi)將泵組運(yùn)行臺(tái)數(shù)由4臺(tái)逐級(jí)減至1臺(tái)，經(jīng)以上處理，泵組運(yùn)行恢復(fù)正常。
2 泵組診斷試驗(yàn)
結(jié)合泵組歷史運(yùn)行記錄，調(diào)查小組經(jīng)仔細(xì)檢查泵組附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況和系統(tǒng)電壓電流的穩(wěn)定性，認(rèn)為泵組運(yùn)行條件符合設(shè)計(jì)要求，初步判定問(wèn)題出在泵組運(yùn)行參數(shù)異常，并迅速制定了診斷試驗(yàn)計(jì)劃方案。
調(diào)查小組按診斷試驗(yàn)計(jì)劃方案把泵組從1臺(tái)運(yùn)行逐漸增至4臺(tái)組合并聯(lián)運(yùn)行，即1#~6#泵分別組合為4臺(tái)泵組并聯(lián)運(yùn)行，同時(shí)實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)并輔以現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)試。試驗(yàn)條件成熟后的水庫(kù)蓄水水位為64m。試驗(yàn)程序如下：
2．1單臺(tái)泵組輪換運(yùn)行測(cè)試參數(shù)均為正常。
2．2進(jìn)入多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行測(cè)試階段準(zhǔn)備。
2．3 1#泵組投運(yùn)正常后，試驗(yàn)2臺(tái)泵組聯(lián)合運(yùn)行，當(dāng)并入2#泵組，經(jīng)測(cè)試，泵組揚(yáng)程在13m左右，單泵平均流量稍超設(shè)計(jì)流量。
2．4系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，試驗(yàn)3臺(tái)泵組聯(lián)合運(yùn)行，當(dāng)并入4#泵組，經(jīng)測(cè)試，泵組揚(yáng)程在13～14m，單泵平均流量超過(guò)設(shè)計(jì)流量，其中，4#泵組電機(jī)電流超過(guò)額定電流。
2．5在系統(tǒng)無(wú)異常工況的情況下，試驗(yàn)4臺(tái)泵組聯(lián)合運(yùn)行，并入3#泵組，經(jīng)測(cè)試，泵組揚(yáng)程在14～15m，單泵平均流量基本達(dá)到設(shè)計(jì)流量，其中3#泵組、4#泵組運(yùn)行電流都超過(guò)額定電流。
2．6組合并聯(lián)運(yùn)行中未出現(xiàn)3#或4#泵組的，運(yùn)行測(cè)試參數(shù)基本正常。
3 泵組超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)原因分析
經(jīng)試驗(yàn)，并比較運(yùn)行與設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)查小組經(jīng)分析，認(rèn)為雖然各泵組型號(hào)完全相同，但3#、4#泵組的實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況差異較大，基本處于過(guò)流狀況，其余泵組的實(shí)際運(yùn)行工況略大于設(shè)計(jì)運(yùn)行曲線(xiàn)，處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀況。結(jié)合水泵裝置曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)水位低于59m工況下，泵組基本處于高效區(qū)運(yùn)行，但隨著蓄水水位的不斷提高，逐漸偏離高效區(qū)運(yùn)行，直至表現(xiàn)為超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。經(jīng)會(huì)診，認(rèn)為原因如下：
3．1在以往抽水時(shí)，水庫(kù)蓄水水位基本保持在59m以下，所有泵組運(yùn)行在最佳工況范圍以外，泵組負(fù)荷較輕，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流小于額定電流。
3．2在64m高水位下，除3#、4#泵組外，泵組仍可按4臺(tái)泵組運(yùn)行。
以上原因僅僅是操作方式差異的反映，即所謂的外因，事實(shí)上，按泵組操作規(guī)程，設(shè)計(jì)條件下不存在組合并聯(lián)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)差異的問(wèn)題，因此，需要進(jìn)一步予以排查，找到真正的解決之道，即所謂的內(nèi)因，而不是“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”。
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，涉及3#或（和）4#聯(lián)合投運(yùn)的情況，運(yùn)行揚(yáng)程較設(shè)計(jì)揚(yáng)程偏高，且偏離高效區(qū)，因此問(wèn)題癥結(jié)出在這兩組上。經(jīng)查安裝現(xiàn)狀況及水泵葉輪狀況，情況良好，因此可以排除汽蝕、旋轉(zhuǎn)脫流等流動(dòng)條件惡化因子及機(jī)械振動(dòng)因子。經(jīng)參考相關(guān)專(zhuān)業(yè)資料及現(xiàn)有工程案例，檢查組認(rèn)為，調(diào)速和葉輪切削是可選的解決方案，考慮到3#和4#泵組均為定速泵組，不易考慮，因此，選定葉輪切削作為解決方案。
4 泵組超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)解決方案實(shí)施
葉輪切削需遵循切割定律，切削點(diǎn)應(yīng)與切割拋物線(xiàn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，切割前后揚(yáng)程與流量函數(shù)關(guān)系為：
H=KQ2 （1）
式中，K為常數(shù)，根據(jù)式（1），經(jīng)不斷試驗(yàn)比較，處理結(jié)果如下：
4．1 泵組等級(jí)降低一級(jí)，即由A級(jí)降為B級(jí)。
4．2 葉輪從原來(lái)A級(jí)Ф790切削至Ф770。
4．3 3#、4#泵比轉(zhuǎn)數(shù)約70，范圍在（60，140）間的泵需將葉片和前后蓋板一并切去，切削工藝(見(jiàn)圖1略)，最大切削量與比轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系（見(jiàn)表1略）。
3#、4#泵實(shí)際切割量2.5%，因此切削后對(duì)水泵效率基本無(wú)影響，經(jīng)試驗(yàn)表明，通過(guò)對(duì)葉輪的切削處理，泵組過(guò)流問(wèn)題得到根本的解決，在后期泵組設(shè)備運(yùn)行跟蹤試驗(yàn)中，監(jiān)測(cè)到的泵組運(yùn)行電流、電動(dòng)機(jī)溫度都在允許范圍內(nèi)，保證了泵組設(shè)備的安全正常運(yùn)行。
5 結(jié)語(yǔ)
5．1水泵葉輪多數(shù)為鑄鐵件，其在生產(chǎn)制造過(guò)程中葉輪切削打磨過(guò)程會(huì)存在一定的差異，同時(shí)如果設(shè)計(jì)中對(duì)設(shè)備運(yùn)行富裕量考慮較少，進(jìn)而就會(huì)導(dǎo)致在接近最大負(fù)荷時(shí)個(gè)別泵組會(huì)出現(xiàn)超出運(yùn)行允許范圍，在不能對(duì)泵組設(shè)備重新更換的情況下，考慮經(jīng)濟(jì)費(fèi)用最小同時(shí)，可以考慮對(duì)問(wèn)題泵組的葉輪進(jìn)行切削處理，適當(dāng)降低泵組運(yùn)行負(fù)荷，保證泵組的安全運(yùn)行，發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)獺湖泵站工程實(shí)例，也為同類(lèi)供水工程提供參考資料。
5．2考慮到現(xiàn)有泵組設(shè)備運(yùn)行基本處于滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，且泵組沒(méi)有溫度在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控功能，故運(yùn)行中要求監(jiān)控人員加強(qiáng)對(duì)電機(jī)電流、機(jī)組溫度等的日常監(jiān)控，以防泵組長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，并實(shí)時(shí)檢查后期泵組實(shí)際運(yùn)行曲線(xiàn)是否下降，在滿(mǎn)足水庫(kù)大壩驗(yàn)收的前提下，繼續(xù)跟蹤檢查泵組的設(shè)計(jì)是否符合要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 郭立君，泵與風(fēng)機(jī),水利電力出版社，1992年11月
[2] 劉德祥、李良庚，水泵選型的一種改進(jìn)方法的研究，廣西水利水電，2002年2期
作者簡(jiǎn)介
彭琳，女，1969年生,本科學(xué)歷，工程師，主要從事水利建設(shè)管理、泵站機(jī)電設(shè)備等方面的工作與研究。
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