水泵運(yùn)行中出現(xiàn)的問題與改進(jìn)措施

　　東雷抽黃工程位于黃河小北干流段，河源泥沙含量較高，據(jù)有關(guān)資料介紹，黃河年平均含水量32.21kg/m3，汛期最大含砂量618~713kg/m3，泥沙中含礦物質(zhì)多且質(zhì)地堅(jiān)硬。東雷二級(jí)泵站距渠首一級(jí)站1.5km，一級(jí)泵站抽引的黃河水未經(jīng)處理直接進(jìn)入二級(jí)泵站，河源含砂量等于二級(jí)泵站進(jìn)水含沙量。

　　東雷抽黃總干渠設(shè)計(jì)斷面過水120m3 /s，而正常運(yùn)行過水最大不超過30m3 /s，最小僅8m3 /s，總干渠在一級(jí)站抽水17.21m 3 /s時(shí)，水流速度1.507 m/s，過大的渠道斷面和過低的水流速度使泥沙大量淤積在總干渠。水泵進(jìn)口淤積厚度平均2.5~ 2.8m.H2型泵為負(fù)吸程泵，設(shè)計(jì)泵軸中心線低于進(jìn)水閘低水面2.2lm，圖1為渠道淤積渠底高程及泵軸中心線高差示意圖。由圖中可知，當(dāng)水泵運(yùn)行時(shí)，泵軸中心線與淤積后的進(jìn)水底面相差4.71~ 5.01m，渠底泥沙由于泵的抽吸作用，絕大部分進(jìn)入水泵，并由水泵抽送上塬。水泵的運(yùn)行過程實(shí)際上是一個(gè)渠道的拉沙過程，且淤積沉淀的泥沙恰恰都比重大，顆粒粗（泥沙中徑在0.12mm左右），礦物質(zhì)含量高，且質(zhì)地堅(jiān)硬，對(duì)水泵磨蝕危害極大，經(jīng)測(cè)試，H2型泵的過機(jī)含量是渠首一級(jí)泵站含沙量的2~3倍。加上水中挾帶的泥沙，H2型泵過機(jī)量含沙量平均在30~35kg/m3左右，由于H2型泵安裝的特殊地理位置，決定了它的運(yùn)行條件十分惡劣。

　　2水泵運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

　　H2型泵是上世紀(jì)70年代沈陽水泵廠為東雷抽黃工程設(shè)計(jì)制造的專用泵。為單吸雙級(jí)式結(jié)構(gòu)，總重量40t，由于當(dāng)時(shí)缺少泥沙磨蝕方面的經(jīng)驗(yàn)借鑒，水泵設(shè)計(jì)以提高部件材質(zhì)為主要抗磨蝕措施。其它參數(shù)設(shè)計(jì)仍以清水介質(zhì)為對(duì)象，當(dāng)遇到東雷二級(jí)泵站如此惡劣的運(yùn)行條件時(shí)，水泵難免出現(xiàn)各種想象不到的問題。

　　2.1高壓側(cè)軸封裝置漏水嚴(yán)重，并造成不良后果

　　H2型泵軸封裝置為水環(huán)式機(jī)械密封裝置，高壓側(cè)設(shè)計(jì)五級(jí)水封旋渦輪。當(dāng)水泵運(yùn)行時(shí)，旋渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，形成端部水壓，以抗御水泵內(nèi)部的壓力水流。軸封裝置安裝間隙很小，軸向2mm，徑向0.5mm.

　�。�1）啟動(dòng)瞬間，軸封裝置常常冒火冒汽。H2型泵啟動(dòng)瞬間，由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和水力軸向不平衡，泵軸軸向竄動(dòng)較大，竄動(dòng)量通常在1.5~3mm，徑向跳動(dòng)在0.3~0.8mm.一旦泵軸軸向竄動(dòng)量大于2mm，徑向跳動(dòng)超過0.5mm，水封輪和固定套必然發(fā)生摩擦，產(chǎn)生火花和熱量，遇水變成水蒸氣，同時(shí)伴有剌耳的摩擦聲。軸向竄動(dòng)時(shí)間短時(shí)，軸封裝置磨損小仍可運(yùn)行，只是止水效果不好，漏水嚴(yán)重。時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，軸封裝置很快磨損報(bào)廢，導(dǎo)致整臺(tái)泵停止運(yùn)行。

　�。�2）軸封漏水，污蝕潤(rùn)滑油，軸承發(fā)熱燒瓦。軸封裝置幾乎在每次啟動(dòng)過程中都可能產(chǎn)生硬摩擦，造成水封輪，固定套軸向，徑向間隙急劇增大。軸封性能大大下降，據(jù)統(tǒng)計(jì)，一套完好的軸封裝置在泥沙水中運(yùn)行50~100h，就開始逐漸漏水。漏水過程由小到大，每小時(shí)10~15m 3，最大時(shí)100~110 m3 /h.泥沙水經(jīng)泵侵入軸承，使?jié)櫥�油�?yán)格稀釋污18楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)第9卷蝕，運(yùn)行期間，值班人員不得不放開軸承下部的排油管，排出沉淀在軸承下部的泥沙水。污蝕稀釋后的潤(rùn)滑油潤(rùn)滑性能大大下降，水泵電機(jī)軸承運(yùn)行很不可靠（水泵電機(jī)同用一稀油站），嚴(yán)重發(fā)熱，軸承燒瓦事故屢屢發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每運(yùn)行一灌季，因高壓軸封漏水將污蝕潤(rùn)滑油0.5t，價(jià)值人民幣3000余元。

　　2.2上止推軸承運(yùn)行時(shí)間短，報(bào)廢快，有時(shí)外圈突然斷裂，防不勝防

　　H2型泵為雙葉輪，第一級(jí)葉輪揚(yáng)程122.5m，第二級(jí)葉輪揚(yáng)程112.5m.由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水力性能各方面的原因，轉(zhuǎn)子部件運(yùn)行時(shí)，存在軸向力。為了消除軸向不平衡力，在泵軸的非軸伸端安裝了一組止推軸承，型號(hào)為46236，圖3為水泵轉(zhuǎn)子部件圖，根據(jù)多年來的運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)，水泵在泥沙水中正常運(yùn)行150~200h，止推軸承就因保護(hù)架磨損而報(bào)廢。非正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組剛一啟動(dòng)，軸承外圈就突然斷裂。

　　2.3過流部件磨蝕嚴(yán)重

　　H2型泵揚(yáng)程高，葉輪出口線速度達(dá)50.2m/s，運(yùn)行條件十分惡劣。在含沙量30~35kg/m 3的條件下，運(yùn)行200~300h，葉輪就嚴(yán)重磨蝕，葉片平均磨短3~5mm，直徑磨小3~6mm，葉片出口邊出現(xiàn)大面積的魚鱗坑和溝槽，密封環(huán)單間隙由原來的0.75mm增到5~7mm，沿測(cè)量槽部位的邊壁多處穿孔磨透；泵殼體高壓區(qū)平均磨損2~3mm，葉舌磨短5~7mm.尤其是連通一二級(jí)葉輪的隔板套和葉輪套，盡管采用氰化處理后的碳鋼材質(zhì)，間隙也由原來安裝的0.75mm增到2.5~3mm.水泵出水量由原來的2.2m3 /s下降到1.8~2.0m3 /s，水泵不得不在運(yùn)行很短時(shí)間內(nèi)解體大修。

　　H2型水泵軸封漏水，軸承斷裂，運(yùn)行不可靠，經(jīng)筆者20余年的實(shí)踐觀察，其主要原因是水泵葉輪套和隔板套過速磨損。水泵軸向力急劇加大，當(dāng)間隙由0.75mm增到1.5~2.5mm甚至更大時(shí)，經(jīng)推算，泵軸產(chǎn)生的軸向力將是正常運(yùn)行軸向力的2~3倍。而水泵選用的46236止推軸承在正常運(yùn)行時(shí)載荷值就無多大安全系數(shù)（運(yùn)行中保持架磨損就可說明這一點(diǎn)），當(dāng)軸向力增大到正常運(yùn)行的2~3倍時(shí)，軸承外圈斷裂是必然的，軸承斷裂后，泵軸處于無約束的狀況下，竄動(dòng)量超過2~3mm，磨損破壞軸封裝置也是不可避免的。可見葉輪套，隔板套間隙的變化直接關(guān)系到軸承，軸封裝置的安全，關(guān)系到水泵能否正常運(yùn)行，而其它過流部件的磨損和密封環(huán)間隙的變化，只決定水泵的出水量的變化和效率高低，對(duì)水泵正常運(yùn)行影響不大。

　　3水泵運(yùn)行狀況的改進(jìn)

　　針對(duì)H2型泵運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題，近年來，東雷二級(jí)泵站從水源條件，抗磨蝕技術(shù)措施處理，檢修周期等方面作了大量工作，使水泵運(yùn)行條件和運(yùn)行狀況較前大有改善。

　　3.1修筑沉沙池，改善水泵抽水水源條件

　　根據(jù)東雷二級(jí)泵站前黃河灘地的地形，1992年修建了一個(gè)面積為7.33hm2的簡(jiǎn)易沉沙池，二級(jí)泵站過機(jī)水流先通過沉沙池沉淀泥沙后，再進(jìn)入泵站，由水泵抽揚(yáng)上塬，經(jīng)測(cè)定，經(jīng)沉沙池沉淀后的水泵過機(jī)含沙量由原來的30~35kg/m3下降到2~8kg/ m 3，水泵軸功率也由原來的7060kW下降到6560 kW，每小時(shí)節(jié)電500kWh.

　　 3.2采用抗磨技術(shù)，提高水泵大修周期

　　從1988年起，我們就對(duì)H2型泵過流部件進(jìn)行了非金屬抗磨噴涂技術(shù)處理，水泵葉輪采用氧金剛砂，復(fù)合尼龍和多層次組合涂層，使水泵葉輪大修周期由原來的200~300h提高到1000~1200h，泵殼體采用環(huán)氧金剛砂涂層后則保證運(yùn)行1000h不傷母體。水泵葉輪套，隔板套，高壓密封體Cr40材質(zhì)制造，進(jìn)行氰化處理，保證碳，氮共滲0.3mm，軸封裝置的固定套材質(zhì)也由HT2040提高為35 #碳鋼，使大修周期由原來的200~300h提高到500~ 600h.

　　3.3堅(jiān)持定時(shí)檢修的原則，適時(shí)更換磨損部件以做到防患于未然

　　盡管修建了沉沙池，水泵運(yùn)行條件大大改善，但泵站仍然不放松檢修這個(gè)環(huán)節(jié)，本站結(jié)合水泵運(yùn)行工況制定了檢修規(guī)程，堅(jiān)持定時(shí)維修，堅(jiān)持不等壞就換的原則，避免了由于零部件磨蝕而造成能源浪費(fèi)和運(yùn)行不可靠等不利因素。

　　4結(jié)論

　�。�1）在含沙量較高的東雷泵站，改變水源條件，過流部件采用抗磨技術(shù)措施，堅(jiān)持定時(shí)檢修，H2型泵運(yùn)行狀況是可以改善的。

　�。�2）H2型泵軸封裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝拆卸不方便，止推軸承承載力偏小，在多泥沙河流運(yùn)行，有待于繼續(xù)改進(jìn)。

　�。�3）H2型泵揚(yáng)程高，流量大，以清水介質(zhì)設(shè)計(jì)，運(yùn)行實(shí)踐證明，抽送含沙量較低（2~8kg/m3）的黃河水質(zhì)，結(jié)構(gòu)是合理的，運(yùn)行是安全的，不需改進(jìn)，可在其它相同條件下的清水泵站運(yùn)行。