洋关泵站大修工程施工思考—机组耐久性分析

李洪添

摘 要：以中山市火炬开发区洋关泵站大修工程为例，介绍立式轴流泵的关键易损件及主要失效形式，提出关键易损件的常见修复措施及保证机组耐久性的注意事项，延长机组使用寿命。本文可供泵站技术人员就机组大修施工、故障分析及修复方法等问题进行参考。

关键词：洋关泵站 大修 水泵机组 耐久性分析

1.工程概况

中山市火炬开发区洋关泵站修建于2 0 0 5年，使用4台型号为3000ZLQ32.5-2.2的立式轴流泵，运行十几年，许多零件均有不同程度的老化、磨损、位移等情况。该区于2017年实施洋关泵站大修工程，旨在通过对机组进行拆卸、检测、分析、修复等改造工作，有效排除现存故障。机组大修前，应编制大修施工方案并严格执行，方案应包括机组拆卸、检测、分析、修复等内容。

2.水泵机组耐久性分析及关键部件修复措施

机组耐久性取决于机组可靠性，特别是关键部件的可靠性。有些故障对耐久性影响不大，不会造成严重的设备损伤，如润滑油油质变差、调节机构异常、填料密封漏水量大、叶轮轮毂漏油等；有些故障则直接降低机组使用寿命，严重影响机组耐久性，如水泵导轴承磨损失效、水泵叶面汽蚀与间隙汽蚀破坏、电机推力轴承烧熔、电动机定子绕组绝缘老化等。因此，在耐久性分析时，应着重分析关键部件的可靠性，明确关键部件的主要失效形式，并针对性的提出对应的修复措施。 2.1 水泵导轴承失效及其修复

导轴承是水泵的关键部件，主要承受水泵径向力、稳定叶轮转动。水泵长时间运行或在含沙量较大的水质下运行，导轴承均会有不同程度的磨损，使导轴承与轴径、导轴承与机架之间的间隙不断增大，引起各方向受力不均匀，产生径向位移，使机组摆度超限与振动超限，降低机组运行效率，甚至会造成叶轮碰伤折断等严重机械损伤。

水泵导轴承材料一般有非金属材料（聚氨酯、橡胶等）及金属材料（巴氏合金）。非金属材料结构简单、维护简便、造价低，一般采用水润滑，缺点是承载力低、摩擦学性能差，容易造成轴承老化脱落。洋关泵站正是使用这种较老式的聚氨酯导轴承。

针对本工程使用的水润滑聚氨酯导轴承，轴承轴瓦磨损量超限是其主要失效形式。这种失效一般的修复措施有：一，更换导轴承材料及润滑方式，使用油润滑巴氏合金导轴承或其他抗砂耐磨复合材料，此类材料摩擦学性能优越，稳定性好，承载力大，基本不会出现材料老化现象。二、设置油密封装置以及排漏水装置，防止水体、泥沙等杂质进入轴承，同时应做到经常检查排水管道，保证管道排水能力。三、保证导轴承安装质量，减少导轴承荷载，特别注意计算轴承径向载荷、轴瓦摩擦系数、水质含沙量、轴瓦抗磨损强度等参数，优化设计导轴承结构与选型。

2.2 水泵汽蚀危害及其修复

水泵汽蚀也叫水泵空化，是一种常见的降低水泵效能，破坏过流部件的危害现象。一般表现为在过流部件上出现麻点乃至洞穴状腐蚀破坏。汽蚀常发生在叶片叶端的高速减压区，引起流态变化，严重时发生叶片变形剥落、叶片间隙增大超限等现象，影响水泵安全运行。

按水轮机汽蚀损坏标准，汽蚀现象可根据汽蚀侵蚀指数K分为五个等级，K=V*10-3/FT（K-汽蚀侵蚀指数，V-汽蚀侵蚀体积，T-有效运行时间，F-叶片汽蚀总面积），其标准如下：Ⅰ级，K< 0.0577x10-4 m m / h；Ⅱ级，K=（0.0 5 7 7 ～ 0.115）x10-4mm/h；Ⅲ级，K =（0.115～0.577）x10-4mm/h；Ⅳ级，K =（0.577～1.150）x10-4mm/ h；Ⅴ级，K<1.150x10-4mm/h；判断标准为：、Ⅰ、Ⅱ级为一般汽蚀，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为严重汽蚀。叶片汽蚀一般分为叶面汽蚀与间隙汽蚀，对于叶面汽蚀，一般认为汽蚀面积超过叶片面积的30%，或汽蚀深度超过叶片厚度15%时，可认为此水泵叶片失效；对于间隙汽蚀，一般认为水泵安装时的初始叶片间隙为0.001D（D为叶轮直径），当叶片间隙增加到0.0025D或水泵效率下降5%时，可认为此水泵叶片失效。

洋关泵站大修时发现四台水泵的叶片均已达到一般汽蚀等级，必须采取相应的汽蚀修复措施。汽蚀修复措施一般有一下几种：一，焊层与补焊。焊层是利用焊枪与焊条，在可能发生汽蚀的表面形成的一个金属表面保护层。补焊则应用于修复汽蚀发生后的位置，一般有冷焊与热焊两种方法，本工程则采用冷焊。冷焊前应先在被焊处铲出“V”形焊接坡口，焊接应分层进行进行堆焊，焊接时要注意敲打，以便去除表面浮渣、消除焊接内应力。堆焊时应注意焊接的饱满度，焊后要进行细致打磨，使其与原有表面齐平，保证美观。二，化学涂层。一般是使用环氧树脂复合尼龙聚氨酯等高分子聚合物材料，在叶面形成保护薄膜，防止汽蚀。三，表面化学热处理。此方法是利用化学热处理对叶面进行强化处理，增加叶面硬度，提高叶面抗汽蚀能力。

2.3 水泵配套电动机定子绕组绝缘老化及其修復

电动机运行时，特别是长期在恶劣环境中使用或停放时，定子绕组会出现老化现象，致使绝缘电阻快速下降，产生安全隐患。定子绕组绝缘老化一般是由于灰尘、油污、水滴、潮湿空气等进入绕组，产生电化学反应后破坏绝缘油漆、损坏线圈而产生。

定子绕组绝缘老化是电动机主要失效形式之一，按照《水泵设备安装及验收规范（SL317）》要求，在电机运行前、运行一段时间后以及规定的大修时间内，均应对电动机定子绕组的绝缘电阻、耐压、空气间隙、吸收比、极化指数等进行检测，并以检测数据为依据，判断定子绕组的干燥程度、破损情况、环境温度与湿度、绝缘层厚度、接触面积、接触情况等是否符合规范要求。按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准（GB50150）》要求，定子绕组的各相绝缘电阻不平衡系数应小于2；环氧粉云母绝缘吸收比应小于1.6；交流耐压试验合格后的绝缘电阻折算值（折算至运行温度）不低于电机额定电压1MΩ/kv时，方可投入使用，当检测的绝缘电阻不满足该规范时，需对定子绕组作烘干处理，严重时还需返厂重新进行浸漆绝缘处理，甚至对整个绕组部件进行更换。

针对定子绕组绝缘老化现象，日常维护中应做好以下几点：一，无论是日常检查或机组大修，均应做好对定子绝缘的保护，防止线圈、绝缘油漆等被划伤或它物碰撞。二，必要的预防性维修。停机时，应保持现场洁净，避免污物进入绕组，定期清理端面绕组表面，避免漏电、局部放电现象；运行时，应保持干燥，监测绕组部件温度与振动情况，避免出现热老化与机械老化。三、每次机组大修时，可对定子绕组进行非破坏性的绝缘寿命预测，计算绝缘剩余寿命。一般可通过绝缘测试获取大量绝缘相关数据，对数据进行整理分析与计算，由特邀专家对绕组绝缘剩余寿命进行全面评估，也可根据现有绝缘寿命曲线，通过比较分析确定剩余寿命。电动机绝缘剩余寿命的计算可把握绕组老化程度，掌握老化状态，及时作出修复措施，对泵站运行具有极大参考意义。

3.结束语

影响水泵机组运行质量的因素是多方面的，包括机组设计与制造、模型试验、安装调试、土建工程建设质量等。本文以中山市火炬开发区洋关泵站大修工程为例，根据实践经验列举了立式轴流泵机组常见的关键易损件及其主要失效形式与修复措施，旨在有助于基层技术人员掌握水泵检查、观测与维修养护的重点，提高泵站运行管理水平。

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