大型水泵机组故障特点与原因分析

1、前言

　　大型水泵机组在机、电、水等方面均有可能引起机组故障,造成机组无法正常运行。明确大型水泵机组故障特点、主要故障形式及原因,可以有针对性地排除故障,缩短维修时间,提高维修质量,并采取措施,尽量避免故障的发生,保证泵站功能的发挥。

2、主要故障与故障特点

2. 1、主要故障的确定

　　大型水泵机组由多个零部件组成,每个零部件都有其具体的功能,也都有可能发生故障。其中大部分零部件的故障对水泵机组的运行没有直接影响,如果这些故障不能及时排除,其唯一的后果就是事后维修费用,且其费用低于预防维修。因此,在研究水泵机组故障时,没有必要对所有的成千上万个零部件逐一进行分析。但某些关键部件的故障会直接导致机组无法运行,甚至危及安全。对于大型水泵机组的故障分析和维修性设计、评价和改善,只需针对比较少的一部分部件及机构,这些部件及机构故障的发生会影响泵站的正常和安全运行。这类故障即为主要故障。鉴定关键部件及机构需要确定系统、分系统每一层次中的关键部件及机构。首先,将机组按复杂程度依次列出其所有产品,形成“构造树”,然后将其故障显然对设备没有重要后果的部件从“树”中略去,在留下来的部分中再选择必须进行故障及维修研究的部件及机构。典型的大型弯管式轴流泵机组“构造树”如图1所示。

图1　弯管式轴流泵机组“构造树”

　　调查某省59座大型泵站运行情况,发生过重要问题和事故的泵站共有14座(其中部分泵站的水泵叶片可调节) ,机组出现问题的部件及机构主要为推力瓦、电机绝缘、叶片、导轴承和叶片调节机构,粗略统计10年内各部件故障发生的次数如表1。水泵机组其他的常见故障,因其影响程度和维修难度小,维修费用低,一般可以采用事后维修。

表1　大型水泵机组关键部件故障次数统计

　注:表中部分泵站水泵设置叶片调节机构。

2. 2、故障特点

2. 2. 1、影响大

　　大型泵站抗旱、排涝、调水功能能否正常发挥,关系到人民生命财产的安全。水泵机组一旦在抢险排涝的关键时刻出现故障,如果得不到及时、快速准确的检测、诊断和维修,抽水流量不能得到保证,将造成巨大的经济损失和社会负面影响。对于梯级泵站,如果某一级泵站水泵机组出现故障,将影响到其他梯级泵站乃至整个调水工程的正常运行。因此,大型水泵机组故障的后果严重,影响面广,所以水泵机组的可靠性是重点考虑的问题。

2. 2. 2、原因复杂

(1)机械方面

　　磨损、腐蚀、疲劳、老化、汽蚀等失效形式,机组部件材料的性能、安装质量和运行条件都可能是水泵机组及其关键部件故障的原因。机械故障还具有潜在性、渐发性、耗损性、模糊性和多样性等特性。水泵是旋转机械,转子不平衡、不对中,部件的润滑和密封等都会导致机组故障。

(2)电气方面

　　电流、电压过高或过低都会引起电动机的发热,严重时会烧损电机。三相电压的不平衡和三相阻抗的不同都会产生三相电流不平衡,最严重程度是一项保险丝熔断,此时其它两相将通过很大的电流,电动机绕组温度将迅速上升,可能立即烧毁电动机。泵站电气设备众多,某一个出现故障,都有可能导致机组的故障。

(3)水力方面

　　主要是导致机组过载和水力振动。上下游水位超出设计水位有可能导致机组过载。水力振动原因有:汽蚀引起的压力脉动;非设计工况流速不均匀引起的振动,特别是脱流漩涡引起的振动;水泵起动过渡过程引起的振动。

(4)管理方面

　　水泵机组的日常维护和保养不当,管理人员不按规程操作等都会引起机组故障甚至事故。

2. 2. 3、隐蔽性强

　　大型水泵机组故障的隐蔽性强主要有两个方面原因: (1)正常情况下,无法进入机组内部进行检查,也难以对机组解体进行查看; (2)对于排涝泵站,只有在汛期才开机抽水,抽水时间仅1～3个月,调水泵站虽然一年开机时间有5000～6000h,也有3～4个月时间停机。故障特征通常在机组运行时才表现出来,在停机状态下,难以发现故障的存在。

2. 2. 4、数据收集难

　　大型水泵机组都是根据特定泵站结构形式和运行工况条件设计的,生产数量少、机组造价高,同型号机组的数量少,故障类比性差、故障数据收集难度大。机组开机政策性强,故障数据主要是依靠平时泵站管理中的记录。由于故障现场环境复杂,维修强度大,维修周期长,各泵站技术力量和管理水平存在差异等诸多因素,使得故障处理数据收集难度大。

2. 2. 5、故障率确定难

　　水泵机组母体变化,故障率难以确定。大型水泵机组使用期限长,一般长达几十年,需要经过多次维修,虽然机组的整体机构没有改变,但是其各部件,特别是易磨、易损部件,已被全部或部分更换,且维修安装的技术条件、维修质量也在不断变化,且机组维修周期通常都比较长。因此发生故障的母体是变化的,再由于机械系统零部件的材料、加工工艺、负荷、功能等方面存在差异,故障模式千变万化,故障率的确定就缺少了相同的发生条件,难以准确统计出大型水泵机组的故障率分布规律。一般将大修之后的机组作“修复如新”的假设,即相邻故障时间独立同分布,按照原来维修周期对其进行大修。