水泵運行中出現(xiàn)的問題與改進措施

　　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)地堅硬。東雷二級泵站距渠首一級站1.5km，一級泵站抽引的黃河水未經(jīng)處理直接進入二級泵站，河源含砂量等于二級泵站進水含沙量。

　　東雷抽黃總干渠設(shè)計斷面過水120m3 /s，而正常運行過水最大不超過30m3 /s，最小僅8m3 /s，總干渠在一級站抽水17.21m 3 /s時，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。水泵進口淤積厚度平均2.5~ 2.8m.H2型泵為負吸程泵，設(shè)計泵軸中心線低于進水閘低水面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)水泵運行時，泵軸中心線與淤積后的進水底面相差4.71~ 5.01m，渠底泥沙由于泵的抽吸作用，絕大部分進入水泵，并由水泵抽送上塬。水泵的運行過程實際上是一個渠道的拉沙過程，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)地堅硬，對水泵磨蝕危害極大，經(jīng)測試，H2型泵的過機含量是渠首一級泵站含沙量的2~3倍。加上水中挾帶的泥沙，H2型泵過機量含沙量平均在30~35kg/m3左右，由于H2型泵安裝的特殊地理位置，決定了它的運行條件十分惡劣。

　　2水泵運行中出現(xiàn)的問題

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

　　2.1高壓側(cè)軸封裝置漏水嚴重，并造成不良后果

　　H2型泵軸封裝置為水環(huán)式機械密封裝置，高壓側(cè)設(shè)計五級水封旋渦輪。當(dāng)水泵運行時，旋渦輪轉(zhuǎn)動，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）啟動瞬間，軸封裝置常常冒火冒汽。H2型泵啟動瞬間，由于啟動轉(zhuǎn)矩和水力軸向不平衡，泵軸軸向竄動較大，竄動量通常在1.5~3mm，徑向跳動在0.3~0.8mm.一旦泵軸軸向竄動量大于2mm，徑向跳動超過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，同時伴有剌耳的摩擦聲。軸向竄動時間短時，軸封裝置磨損小仍可運行，只是止水效果不好，漏水嚴重。時間長時，軸封裝置很快磨損報廢，導(dǎo)致整臺泵停止運行。

　　（2）軸封漏水，污蝕潤滑油，軸承發(fā)熱燒瓦。軸封裝置幾乎在每次啟動過程中都可能產(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，一套完好的軸封裝置在泥沙水中運行50~100h，就開始逐漸漏水。漏水過程由小到大，每小時10~15m 3，最大時100~110 m3 /h.泥沙水經(jīng)泵侵入軸承，使?jié)櫥�油嚴格稀釋�?8楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報第9卷蝕，運行期間，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。污蝕稀釋后的潤滑油潤滑性能大大下降，水泵電機軸承運行很不可靠（水泵電機同用一稀油站），嚴重發(fā)熱，軸承燒瓦事故屢屢發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，每運行一灌季，因高壓軸封漏水將污蝕潤滑油0.5t，價值人民幣3000余元。

　　2.2上止推軸承運行時間短，報廢快，有時外圈突然斷裂，防不勝防

　　H2型泵為雙葉輪，第一級葉輪揚程122.5m，第二級葉輪揚程112.5m.由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計和水力性能各方面的原因，轉(zhuǎn)子部件運行時，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，型號為46236，圖3為水泵轉(zhuǎn)子部件圖，根據(jù)多年來的運行資料統(tǒng)計，水泵在泥沙水中正常運行150~200h，止推軸承就因保護架磨損而報廢。非正常運行時，機組剛一啟動，軸承外圈就突然斷裂。

　　2.3過流部件磨蝕嚴重

　　H2型泵揚程高，葉輪出口線速度達50.2m/s，運行條件十分惡劣。在含沙量30~35kg/m 3的條件下，運行200~300h，葉輪就嚴重磨蝕，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，水泵不得不在運行很短時間內(nèi)解體大修。

　　H2型水泵軸封漏水，軸承斷裂，運行不可靠，經(jīng)筆者20余年的實踐觀察，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，經(jīng)推算，泵軸產(chǎn)生的軸向力將是正常運行軸向力的2~3倍。而水泵選用的46236止推軸承在正常運行時載荷值就無多大安全系數(shù)（運行中保持架磨損就可說明這一點），當(dāng)軸向力增大到正常運行的2~3倍時，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，竄動量超過2~3mm，磨損破壞軸封裝置也是不可避免的�？梢娙~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，對水泵正常運行影響不大。

　　3水泵運行狀況的改進

　　針對H2型泵運行中出現(xiàn)的各種問題，近年來，東雷二級泵站從水源條件，抗磨蝕技術(shù)措施處理，檢修周期等方面作了大量工作，使水泵運行條件和運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)東雷二級泵站前黃河灘地的地形，1992年修建了一個面積為7.33hm2的簡易沉沙池，二級泵站過機水流先通過沉沙池沉淀泥沙后，再進入泵站，由水泵抽揚上塬，經(jīng)測定，經(jīng)沉沙池沉淀后的水泵過機含沙量由原來的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H2型泵過流部件進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堅持定時檢修的原則，適時更換磨損部件以做到防患于未然

　　盡管修建了沉沙池，水泵運行條件大大改善，但泵站仍然不放松檢修這個環(huán)節(jié)，本站結(jié)合水泵運行工況制定了檢修規(guī)程，堅持定時維修，堅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和運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，堅持定時檢修，H2型泵運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，在多泥沙河流運行，有待于繼續(xù)改進。

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