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论扬水泵站机泵联控条件下的水泵轴套松动问题

发布时间:2019-08-14
陆彩霞
(红寺堡扬水管理处)
  摘 要:由于出水阀门电源的控制回路经过机组开关的辅助接点,因此,运行中的机组停运,直接分断开关。当开关处于断开的瞬间,由开关的辅助接点直接断开蝶阀的控制回路,达到关阀的目的。
  关键词:控制回路;机电设备;泵站
  随着科学技术的快速发展,为了实现扬水泵站机电设备自动化管理,引黄灌溉的大中型扬水泵站已经从过去的机组、阀门分项控制实现了机阀联控的自动控制,但基本上都是通过主机组高压开关的辅助接点的通断来控制出水阀门的控制回路,实现出水阀门的自动开启或关闭。这样在停运机组时,主电机与出水阀控制电源近于同时断开的情况下,势必造成因出水管路高压水的作用在关阀的过程中间使机组发生快速倒转。长此以往会严重损坏水泵的一些重要零部件。
  1 西北地区大中型泵站运行特点
  1.1扬程高、出水管路长、管径较大:西北地区山丘地较多,地势落差比较大,所建泵站扬程多在40米-55米之间,属于高扬程、多梯级泵站,出水管路大多在1KM左右,大型泵站离心泵出水管径都在1.2-1.6米左右。根据水泵的运行性能,一般都选用“S”型单级双吸式离心泵,因此水泵运行中出口的压力大都在4.0-5.5MP。
  1.2出水阀的关闭特性:根据离心泵的停运安全特性,为了避免水泵停机后快速倒转或长时间倒转给水泵零部件造成的损害以及水泵停机后出水管路中的高压水锤对出水阀门和管路造成的破坏,而制定先关阀后停机的正常操作程序。为了实现机泵自动化控制,现在的大中型泵站的出水阀门基本上都改造使用液控缓闭止回蝶阀。这种阀门的关阀程序是:当出水阀失去电源或得到关阀指令时,蝶阀就立即动作。先是快关,用2.5-3.0秒钟的时间关去总行程的2/3,然后自动切换到慢关程序,用15-20秒钟的时间,将蝶阀完全关闭。
  出水阀门的自动关阀时间过短,在机组停运时,由于高扬程、长输水管路,出水管道中的高压水流在阀门未关闭的瞬间,向下泻去,而阀门要在此时快速关闭,因此就会在阀门处产生的强大的水锤压力,将严重破坏出水阀门或者出水管路,甚至造成出水阀门或管路爆裂造成水淹泵房等灾害性的后果;如果自动关阀时间过长,在机组停运后的关阀过程中,就会有大量的高压水通过阀、泵流回到前池,也就是说通过泻流的方式削弱了水锤压力,不至于损坏设备。但是,这样就会造成水泵的高速倒转。以50米扬程、1公里管路长度的水锤压力计算,能够保证出水管路、出水阀门不被出水管道中产生的水锤压力所破坏,关阀时间应在20-23秒左右(其中快关3秒,慢关17-20秒左右)。
  1.3水泵的轴封装置。由于“S”型水泵,是采取水泵轴向两端填料密封,填料直接与水泵上的轴套摩擦接触,密封性能由填料压盖的松紧度调节,如果密封性能不好,就会有空气通过填料函进入泵内,引起机组的震动使运行条件恶化、水泵的出水量减小,效率下降,严重者会造成上水中断。而且泵内的水还会通过填料函流出泵外,影响泵站效率和文明生产。另外在泥沙含量较大的水域,加快了填料的磨损程度,为了提高填料的密封性能,应把填料压盖适当压紧。
  2 目前阀泵联控的停机过程
  由于出水阀门电源的控制回路经过机组开关的辅助接点,因此,运行中的机组停运,直接分断开关。当开关处于断开的瞬间,由开关的辅助接点直接断开蝶阀的控制回路,达到关阀的目的。机组停运的瞬间,出水管道中的压力水流的惯性是向出口流的,虽然机组失去动力,由于惯性仍然正向运转,但是不再供给压力水。此时,出水管道中的压力水在上升的过程中由压力能转变为势能,就象抛在空中的重物,瞬间向下砸下,形成强大的水锤压力,作用在正在关闭的阀门上和出水管壁上,并通过出水阀门、水泵泻向前池。作用在水泵叶轮上的压力水使得水泵立即停止正向转动,继而改为快速倒转。从停机到机组倒转是蝶阀在快关的过程中完成的,所用时间一般为3秒。随着蝶阀的继续关闭,作用在叶轮上的水锤压力很快减小,水泵的倒转也就随着蝶阀的关闭而变慢到停止。
  3 机组倒转的危害
  3.1容易使轴变形。机组在正常运行中以额定高速正向旋转,突然之间,出水管道中高压水作用于叶轮,使其立即停止正转并快速倒转,在较大的惯性力和很大的反方向扭力互相作用下,时泵轴承担了巨大的扭力。长此以往,很容易造成泵轴的变形。
  3.2造成水泵轴套的松动。根据“S”型水泵的设计原理,在泵轴上装配轴套作为转动部分的磨损件,来保护泵轴和固定叶轮,其锁紧螺母的旋向与转子运行中的方向相反从而保证其在正常运行中不松动。但是在阀泵联控中若机组停运时间与出水阀关阀指令时间一致,出水管道中的高压水在关阀过程中,势必会造成机组快速倒转和长时间倒转。在水泵快速倒转的情况下,在填料的反作用的扭力下,轴套螺母就很容易松动,轴套螺母一旦松动,就会使轴套与轴之间在运行中发生不停的搓动,对泵轴是极大的损坏,严重者磨损泵轴轴径上的轴套接触面和叶轮键,由于轴套螺母的松动,在轴套搓动的强大轴向力作用下,损坏泵轴上的螺纹,甚至叶轮在运行中,因轴向力的作用在轴上的装配位置发生位移失去平衡,降低水泵效率,大大影响水泵轴等部件的使用寿命。
  4 采取的措施
  4.1在保证安全的条件下,缩短出水阀的自动关阀时间。但是,关阀过快,水锤压力过大有可能会使出水管路或出水阀爆裂,带来灾害性的后果。因此,安全关阀时间的调整范围一般都由技术权威部门通过扬程,出水管道长度、出水管径,出水阀的承压能力,产生的水锤压力等一系列的复杂计算,给出的保守数据。检修人员应谨慎调整,严禁超出调整范围。
  4.2在逐步实现自动化的今天,应调整停机操作程序,在自动化操作中,停机指令同时发给出水蝶阀和机组开关,但机组开关接到停机指令后先延时3-5秒(紧急停机除外),且根据出水蝶阀行程开关达到某一关阀角度,得到关阀信息时自动断开机组开关,达到安全停机的目的。这种关阀停机的方式,虽然在时间上来说阀还没有完全关闭就已停运机组,但是由于断开关停机时出水蝶阀已通过快关时间,蝶阀已关闭大半(65度左右),机组的转动惯性力大于泵内高压水回流的冲击力,因此,机组是不会倒转的。
  4.3加强检修工作。在装配水泵泵轴的轴套时,认真测量泵轴和轴套的接触面的尺寸,使其配合为过盈配合,过盈量在0.03-0.05MM。另外,在紧固轴套螺母时,尽可能的被紧螺母。
  4.4机组的找正必须使偏差值在规定范围。机组找正的偏差数据偏大,说明水泵电机的轴线同心度不高,机组运行期间就会加剧震动,使得填料与轴套之间的作用力不均匀,也容易使轴套松动。因此,在检修中要及时紧固电机、水泵的底脚螺栓,提高机组找正的质量,减小机组的振幅值。
  4.5加强日常的巡视检查和维护工作。一是听:在日常的巡视检查中,注意听水泵的轴套部位有无异常声响,这种异常声音应区分水泵叶轮的进水叶片上有无柴草杂物的声音。二是看:在日常的巡视检查中,注意观察填料涵的漏水情况,若填料在正常的紧压下,仍然漏水不止,就应该分析是不是轴套螺母松动了。检查的方法是,机组停运后,打开填料压盖,看轴套螺母与轴套之间或是两个轴套螺母之间有无刺水现象或漏水现象,如有就说明轴套螺母松动了。轴套螺母一经确定松动,这台机组就不能再次投入运行,应立即处理故障。若螺母松动程度较轻,则就地设法紧固处理;若螺母松动程度较严重,则应抽心检查,看轴套与轴之间的接触面有无磨损,叶轮键有无磨损。如有磨损,就要修复泵轴,更换叶轮键。因此,检修麻烦,维修费用又高。
  4.6加强日常的运行管理。保证前池水位、维护好填料涵以防泵内进气而增加汽蚀量引起振动,减少机组的投退次数等。
  参考文献:
  [1]廖常初,S7-300/400PLC应用技术第2版.北京:机械工业出版社,2008,5.
  [2]吴小洪,PLC软元件在电气系统可靠性设计中的应用[J].电工技术杂志,1999.
来源:《中小企业管理与科技》


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