鍋爐給水泵的日常維護(hù)及故障分析

鍋爐給水泵是關(guān)系到鍋爐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，是利用現(xiàn)代自動控制技術(shù)設(shè)計與組建的鍋爐自動液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分?，F(xiàn)代大型鍋爐的給水泵系統(tǒng)由多臺給水泵組成，由兩到三臺啟動給水泵為主，一臺或兩臺電動給水泵作為備用或輔助。這樣的給水泵配置有利于給水泵主機系統(tǒng)出現(xiàn)故障或不能滿足鍋爐運行需求時，啟動備用給水泵系統(tǒng)補充不足，避免由于給水泵故障造成的鍋爐停機。常見鍋爐給水泵故障主要集中在潤滑油系統(tǒng)、避風(fēng)系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、輔助電機過熱以及流量不足等幾方面。通過科學(xué)的分析與故障原因的查找時排除和解決鍋爐給水泵故障的基礎(chǔ)，只有針對故障成因進(jìn)行排除才能避免同類型故障的再次出現(xiàn)。以下就不同故障類型的成因、排除等進(jìn)行論述。

現(xiàn)代鍋爐給水泵的日常養(yǎng)護(hù)必須以故障預(yù)防為目的，建立科學(xué)的養(yǎng)護(hù)體系與制度，以指導(dǎo)給水泵的日常養(yǎng)護(hù)工作。建立給水泵零部件故障及更換記錄，詳細(xì)掌握各部件損壞時間，以便于后期在零部件到使用壽命前及時更換，避免零部件(例如：軸承等)損壞后發(fā)現(xiàn)不及時對機組造成損壞。另外，還要加強給水泵潤滑系統(tǒng)的保養(yǎng)，經(jīng)常性檢查潤滑油量，及時對部件進(jìn)行潤滑，避免“干磨”等情況的發(fā)生。潤滑油的添加前要注意檢查油質(zhì)與添加口的清潔度，避免添加過程帶入雜質(zhì)損壞軸承。在養(yǎng)護(hù)中還要注意對給水泵系統(tǒng)管路的檢查與保養(yǎng)，及時對泄露處進(jìn)行堵漏，管路外側(cè)防銹涂層要經(jīng)常進(jìn)行檢查，對涂層剝落處及時進(jìn)行噴涂，以此確保管路的防腐蝕性。養(yǎng)護(hù)中還需要注意對給水泵水源處理系統(tǒng)的檢查與保養(yǎng)。

電動機過熱造成電動機過熱的原因主要是由于電壓偏高或偏低、傳動不暢、通風(fēng)系統(tǒng)故障或機組故障造成電動機過熱。電動機過熱嚴(yán)重時會造成絕緣燒壞、轉(zhuǎn)子斷條等情況發(fā)生。因此，在發(fā)現(xiàn)電動機過熱時應(yīng)采用氣動其他動力方式，進(jìn)行停機檢修。電壓原因造成的電動機過熱應(yīng)對電動機供電系統(tǒng)進(jìn)行檢查，通過恢復(fù)穩(wěn)定供電解決鍋爐給水泵電動機過熱故障。另外傳動不暢也會造成電動機過熱，由于電動機與給水泵間的傳動不暢造成電動機負(fù)載過大，出現(xiàn)小馬拉大車的現(xiàn)象，電動機過載是溫度升高。此種情況必須及時進(jìn)行檢修，造成機組故障。對電動機與給水泵的傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行*排查，常見的傳統(tǒng)不暢主要由于傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動軸承缺油、軸承損壞等造成。找出故障所在點進(jìn)行更換或潤滑即可。由于同分系統(tǒng)故障引起電動機過熱時為常見故障之一，其主要是由于風(fēng)扇損壞、通風(fēng)孔道堵塞、軸承磨損等原因使得通風(fēng)系統(tǒng)不能完成所應(yīng)承擔(dān)的工作，造成電動機過熱，嚴(yán)重的還將燒毀線圈。此種情況必須逐項排查，找出故障原因，通暢通風(fēng)孔道、修補風(fēng)扇、更換軸承即可解決故障。

泵體過熱常見的原因是由于軸承損壞造成摩擦所致，或者是由于潤滑系統(tǒng)缺油、油質(zhì)不好造成。因此在發(fā)現(xiàn)給水泵泵體過熱后應(yīng)首先檢查潤滑系統(tǒng)是否缺油或潤滑油含有雜質(zhì)等，其次排查軸承是否損壞。對于剛剛經(jīng)過檢修的泵體出現(xiàn)過熱還應(yīng)檢查滾動軸承或托架蓋是否間隙過小。經(jīng)過上述檢查后泵體仍然出現(xiàn)發(fā)熱應(yīng)檢查泵軸是否彎曲或兩軸不同心、同時檢查葉輪平衡，調(diào)整泵軸或調(diào)整兩軸同心度，清除葉輪平衡孔，以此保證泵軸與葉輪的轉(zhuǎn)動平衡，排除故障。

流量不足鍋爐給水泵流量的主要原因主要有泵葉損壞、管路堵塞或泄露造成。對于采用皮帶傳動的給水泵還要考慮是否由于皮帶打滑造成轉(zhuǎn)速偏低引起流量不足。排查皮帶后檢查管路，堵塞泄露處流量仍然不足應(yīng)考慮是否出現(xiàn)葉輪損壞。檢查葉輪并對軸承等部位進(jìn)行潤滑，避免由于軸承潤滑不暢或損壞造成轉(zhuǎn)速不足引起流量不足。

震動過大造成之一故障的原因一方面是由于潤滑缺油或潤滑油含有雜質(zhì)造成，應(yīng)一方面機組的震動也會造成軸承系統(tǒng)故障的增多。水泵系統(tǒng)的震動過大會對整個機組的安全產(chǎn)生重要的影響，嚴(yán)重危害機組安全穩(wěn)定的運行，而且過大的震動對機組、機組基礎(chǔ)等都有著重要的影響。在出現(xiàn)機組過大震動的原因主要是由于泵軸或電動機轉(zhuǎn)子軸桿變形、軸承損壞以及底座固定螺栓松動等。出現(xiàn)機組振動過大后，應(yīng)首先檢查固定底座螺栓是否牢固，其次查看軸承部位是否出現(xiàn)過熱轉(zhuǎn)動不暢等情況。如過線上述情況則可確定引起振動過大的是軸承損壞造成。排除其他原因后機組振動依舊，則可以認(rèn)為是泵軸或電動機轉(zhuǎn)子軸桿變形引起振動過大。泵軸或電動機轉(zhuǎn)子軸桿變形多為臨時性形變，是由于機組軸承部分損壞造成局部過熱造成的變形?？赏C后溫度均衡變形即可消失。

因此，鍋爐的維護(hù)與管理部門必須重視鍋爐給水泵系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)與管理，以故障預(yù)防為目的科學(xué)的進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，及時跟換使用壽命到期的零部件，避免零部件損壞后對機組造成更大的損壞。建立水泵系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)記錄，根據(jù)鍋爐運行情況以及記錄科學(xué)的分析，確定更換時間，以此保障給水泵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。這就需要維護(hù)部門要加強專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)，要求專業(yè)技術(shù)人才不僅具有較高的鍋爐給水泵專業(yè)知識與技能，還要具有現(xiàn)代設(shè)備管理理念與方法?？茖W(xué)的管理和專業(yè)的技能才能確保鍋爐安全穩(wěn)定的運行。

旋渦泵的性能和應(yīng)用

1旋渦泵的性能和應(yīng)用

旋渦泵雖屬于葉片泵的范疇，但其工作過程，結(jié)構(gòu)以及特性曲線的形狀等均與離心泵和其他類型泵相差較大。旋渦泵在工作過程中，由于葉輪轉(zhuǎn)動，造成葉輪內(nèi)和流道內(nèi)的液體都有圓周方向的運動，因而就產(chǎn)生了離心力，葉輪內(nèi)液體的圓周速度大于流道內(nèi)液體的圓周速度，即葉輪內(nèi)液體的離心力大，故形成軸向和徑向旋渦，旋渦泵由此得名。

旋渦泵與尺寸，轉(zhuǎn)速相同的離心泵相比，其揚程要高3～9倍。單葉輪可以取得4～17kg/cm2壓力，兩級葉輪壓力可達(dá)到30kg/cm2。大部分旋渦泵均具有自吸能力，能夠?qū)崿F(xiàn)氣液混輸，這對于抽送含有氣體的易揮發(fā)的液體和氣化壓力很高的高溫液體具有重要的意義。旋渦泵具有陡降的特性曲線，其揚程的變化對流量的影響比離心泵小，因此，對系統(tǒng)中的壓力波動不敏感。但是旋渦泵的效率較低，其抗汽蝕性能較離心泵差。旋渦泵只能用來輸送純凈介質(zhì)，當(dāng)液體中含有雜質(zhì)時，就會因摩擦引起軸向和徑向間隙增大，導(dǎo)致容積效率和流量的降低，從而降低泵的性能。旋渦泵與柱塞泵相比，在運行中不產(chǎn)生壓力脈動，在小流量范圍內(nèi)也無需像離心泵那樣打回流。

由于旋渦泵有很多其他類型泵所不具有的優(yōu)點，所以在國民經(jīng)濟(jì)的許多部門也得到越來越廣泛的應(yīng)用。例如在化學(xué)工業(yè)中輸送酸，堿及其他腐蝕性液體，要求具有小流量，高揚程，較慢的化學(xué)反應(yīng)速度和較高的耐腐蝕性;在機場，汽車配油站中，加油車，油罐車和固定分配裝置用來抽送易揮發(fā)性的液體(汽油，煤油和酒精);用于小功率的可移動式洗滌設(shè)備上和農(nóng)業(yè)供水設(shè)備中。旋渦泵也可作為消防泵，鍋爐給水泵，船舶供水泵和一般增壓泵使用。

2國內(nèi)外對旋渦泵的研究狀況

2.1旋渦泵的工作原理

第1個進(jìn)行旋渦泵研究工作的是德國科學(xué)家里臺爾(1930年)，研究做出了下述工作過程的假說：流道中的液體在轉(zhuǎn)動，在每一液體質(zhì)點上均作用有離心力，而在葉輪內(nèi)液體上所作用的離心力要比流道中液體上所作用的離心力大，因為流道中液體的圓周速度比葉輪中慢，由于離心力不同，引起了液體的圓環(huán)形運動(稱為縱向旋渦)。液體依靠縱向旋渦在流道內(nèi)流經(jīng)葉輪好幾次，每經(jīng)過1次葉輪，揚程就增加1次。因此，旋渦泵的揚程高于離心泵的揚程。

里臺爾的假說是對旋渦泵工作原理進(jìn)行研究的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，后人把旋渦理論發(fā)展成為縱向旋渦加徑向旋渦理論。

另外，有日本學(xué)者認(rèn)為，旋渦泵的工作過程是依靠葉輪的粗糙表面，對流道內(nèi)的流體作相對運動引起的摩擦剪切應(yīng)力實現(xiàn)的。葉輪外緣"粗糙度"越大，作用于液體的摩擦力越大，泵揚程越高。徑向小葉片與流道內(nèi)的液體相對運動產(chǎn)生紊流摩擦力，從而把原動機的能量傳遞給流道內(nèi)的液體。葉輪上的葉片在流道內(nèi)多次重復(fù)產(chǎn)生較大紊流摩擦力，因此旋渦泵具有較高的揚程<3>，故旋渦泵也稱為摩擦泵。

2.3旋渦泵的設(shè)計理論

由于旋渦泵內(nèi)部流動的復(fù)雜性和理論的不完善，目前還沒有的理論設(shè)計方法，通常采用相似換算法，經(jīng)驗統(tǒng)計計算法和經(jīng)驗系數(shù)計算法。

20世紀(jì)60年代有學(xué)者提出旋渦泵H～Q揚程流量特性曲線比較接近于線性關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)旋渦泵的流量與流道面積成正比關(guān)系。1977年學(xué)者Dyaminov等提出了屏蔽式旋渦泵的設(shè)計方法。1988年有國外學(xué)者提出單輪雙級旋渦泵，這對于提高旋渦泵的汽蝕性能以及綜合性能有理論意義。

單輪雙級旋渦泵結(jié)構(gòu)由于旋渦泵的揚程隨流量增加而下降較快，且揚程系數(shù)比離心泵要高很多，因此旋渦泵的工作范圍很小。針對旋渦泵的工作范圍較小等問題，有學(xué)者提出并研制了高速旋渦泵，解決了以上問題。高速旋渦泵揚程可以達(dá)到200m以上，這樣也增加了旋渦泵的應(yīng)用范圍。與容易產(chǎn)生正斜率上升段的離心泵特性曲線相疊加，所得到的高速旋渦泵的特性曲線不會存在正斜率上升段，這樣高速旋渦泵就根本不存在小流量不穩(wěn)定性等問題。

對旋渦泵和高速旋渦泵的設(shè)計進(jìn)行了大量研究，建立了以效率和工作范圍為主線的小流量旋渦泵的理論設(shè)計方法，通過實驗分析，表明較大的流道面積可以拓寬泵的工作范圍，較大的徑向間隙和軸向單邊間隙會降低泵的揚程和效率，并且研制了軸向入口旋渦泵。浙江理工大學(xué)的謝鵬<9>采用加大流量法對小流量高揚程離心旋渦泵進(jìn)行了水力設(shè)計，提高了樣泵的抗汽蝕性能。合肥通用機械研究院的陳世亮<10>設(shè)計了屏蔽式旋渦泵并進(jìn)行了試驗研究，屏蔽式旋渦泵沒有泄漏，運行平穩(wěn)，增加了旋渦泵的應(yīng)用范圍。

2.4旋渦泵的內(nèi)部流動

20世紀(jì)40年代以后，在里臺爾假說的基礎(chǔ)上，一些學(xué)者開始進(jìn)一步探索旋渦泵內(nèi)部流動的理論，得到了多個描述旋渦泵內(nèi)部流動的理論模型。1954年，學(xué)者Senoo<11>從旋渦泵內(nèi)部的湍流摩擦力方面進(jìn)行了研究，提出了湍流混合模型。在這個理論模型中，Senoo把旋渦泵葉輪中的流動看作是庫艾特-泊肅葉流動。1955年，學(xué)者Iverson<12>對徑向葉片葉輪的旋渦泵內(nèi)部流動進(jìn)行研究，提出了一個湍流模型。他根據(jù)葉輪作用在液體上的剪應(yīng)力來分析旋渦泵的性能，并通過實驗分析來確定模型中的剪切系數(shù)。但是以上兩位學(xué)者的理論模型并不能直接解釋旋渦泵中的旋渦流動。學(xué)者Wilson<13>和他的研究小組在前人研究的基礎(chǔ)上，提出了動量交換理論，從而能夠很好地解釋旋渦泵中的旋渦流動。學(xué)者Dewitt<14>和Mason<15>應(yīng)用這個理論分析了旋渦泵的性能。

韓國學(xué)者J.W.Song<16>認(rèn)為現(xiàn)在大多數(shù)理論只能應(yīng)用于旋渦泵內(nèi)流動充分發(fā)展的區(qū)域，然而在流動充分發(fā)展區(qū)域前有一個流動的發(fā)展區(qū)域，這個區(qū)域?qū)π郎u泵的性能有很大的影響。他建立了一個應(yīng)用于流動發(fā)展區(qū)域內(nèi)的理論，并通過實驗來分析了這個區(qū)域?qū)Ρ眯阅艿挠绊懀贸鲈黾颖眠M(jìn)口處流道的面積可以提高泵的揚程和效率，并且可以提高泵的汽蝕性能。

在國內(nèi)，由于我國的旋渦泵研究起步較晚，對內(nèi)部流動理論方面的研究至今還很少。

隨著計算流體力學(xué)的發(fā)展，計算流體動力學(xué)CFD(Compu2 tationalFluidDynamics)自20世紀(jì)60年代中期已形成一門獨立的科學(xué)分支，成為研究流體運動規(guī)律，解決很多工程實際問題的三大手段(理論，實驗，計算)之一。

國內(nèi)外已有學(xué)者采用CFD軟件對旋渦泵內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，并取得了一定成果。Song采用Fluent軟件對不同流道截面面積的旋渦泵內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，并通過實驗研究得出，當(dāng)流道截面面積增大時，葉輪和流道中的液體所受到離心力的差值也變大，從而使傳遞能量的縱向旋渦快速增強，使揚程增大。江蘇大學(xué)的董穎等人通過對不同流道截面形狀的旋渦泵內(nèi)部流場的數(shù)值模擬，分析了旋渦泵的內(nèi)部流動狀況，驗證了流道截面形狀對旋渦泵內(nèi)部流動的影響，證實了縱向旋渦和徑向旋渦的存在。

2.5旋渦泵的實驗研究

由于旋渦泵流道和葉輪的多樣性，系統(tǒng)地針對全部類型旋渦泵進(jìn)行實驗研究是個工作量巨大的工程，所以國內(nèi)外學(xué)者對旋渦泵的實驗研究都是針對某一方面展開的，主要是通過對影響旋渦泵性能的過流部件進(jìn)行研究，以得到較為理想的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計方法。

英國學(xué)者Crewdson<19>對旋渦泵葉片的造型作了系統(tǒng)實驗，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)葉片受壓面(正面)的出口角約為135°，同時把吸力面(背面)的葉片邊倒圓，使其形成尖的葉片時，泵的效率可達(dá)到50%，比普通葉片造型的旋渦泵高出了許多。韓國提出了一個新的理論模型，并根據(jù)此模型設(shè)計了一種帶扭曲葉片的葉輪，明顯提高了旋渦泵的揚程和效率。

在國內(nèi)，江蘇大學(xué)的沙毅<21>等通過分析旋渦泵葉輪葉片數(shù)，泵體流道面積對泵性能影響的對比實驗，闡述了泵幾何參數(shù)對泵性能影響的變化規(guī)律，并利用數(shù)值分析方法擬合出葉輪直徑D，葉片數(shù)Z和流道面積A的經(jīng)驗系數(shù)水力計算公式。鄭州大學(xué)的張明成<22>等通過對旋渦泵中葉輪與泵體間動壓場的研究，并根據(jù)側(cè)隙泄漏量和功率損耗量得到了葉輪與泵體之間的間隙取值范圍。

3研究方向及發(fā)展趨勢

(1)在設(shè)計計算方面，針對旋渦泵特殊工作原理以及多種結(jié)構(gòu)型式，對影響旋渦泵性能的過流部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高泵的效率，完善泵的理論設(shè)計方法。

(2)在理論分析方面，進(jìn)一步深入研究CFD技術(shù)，建立符合旋渦泵內(nèi)部流動規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，運用CFD軟件進(jìn)行模擬計算旋渦泵的工作過程。

(3)在實驗研究方面，采用PIV，LDV，PU，PDV等測試技術(shù)對旋流泵內(nèi)部流動進(jìn)行測試和分析，揭示其內(nèi)部流動的規(guī)律，為理論研究提供可靠的實驗依據(jù)。

(4)系統(tǒng)研究各過流部件對泵性能的影響及泵內(nèi)各種損失，提高旋渦泵的效率，為設(shè)計理論提供依據(jù)。

(5)開發(fā)新型旋渦泵結(jié)構(gòu)和葉輪型式，例如單輪雙級旋渦泵，半開型葉輪，將旋渦泵與離心葉輪組合成多級泵(離心旋渦泵)等，都可以提高旋渦泵的汽蝕性能，拓寬其工作范圍和應(yīng)用范圍。

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