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(yùn)行的關(guān)鍵，是利用現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)與組建的鍋爐自動(dòng)液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分。現(xiàn)代大型鍋爐的給水泵系統(tǒng)由多臺(tái)給水泵組成，由兩到三臺(tái)啟動(dòng)給水泵為主，一臺(tái)或兩臺(tái)電動(dòng)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(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或不能滿足鍋爐運(yùn)行需求時(shí)，啟動(dòng)備用給水泵系統(tǒng)補(bǔ)充不足，避免由于給水泵故障造成的鍋爐停機(jī)。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(jī)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(shí)排除和解決鍋爐給水泵故障的基礎(chǔ)，只有針對(duì)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(shí)間，以便于后期在零部件到使用壽命前及時(shí)更換，避免零部件(例如：軸承等)損壞后發(fā)現(xiàn)不及時(shí)對(duì)機(jī)組造成損壞。另外，還要加強(qiáng)給水泵潤滑系統(tǒng)的保養(yǎng)，經(jīng)常性檢查潤滑油量，及時(shí)對(duì)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(duì)給水泵系統(tǒng)管路的檢查與保養(yǎng)，及時(shí)對(duì)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(duì)涂層剝落處及時(shí)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(duì)給水泵水源處理系統(tǒng)的檢查與保養(yǎng)。

電動(dòng)機(jī)過熱造成電動(dòng)機(jī)過熱的原因主要是由于電壓偏高或偏低、傳動(dòng)不暢、通風(fēng)系統(tǒng)故障或機(jī)組故障造成電動(dòng)機(jī)過熱。電動(dòng)機(jī)過熱嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(dòng)機(jī)過熱時(shí)應(yīng)采用氣動(dòng)其他動(dòng)力方式，進(jìn)行停機(jī)檢修。電壓原因造成的電動(dòng)機(jī)過熱應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)過熱故障。另外傳動(dòng)不暢也會(huì)造成電動(dòng)機(jī)過熱，由于電動(dòng)機(jī)與給水泵間的傳動(dòng)不暢造成電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大，出現(xiàn)小馬拉大車的現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)過載是溫度升高。此種情況必須及時(shí)進(jìn)行檢修，造成機(jī)組故障。對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承缺油、軸承損壞等造成。找出故障所在點(diǎn)進(jìn)行更換或潤滑即可。由于同分系統(tǒng)故障引起電動(dòng)機(jī)過熱時(shí)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(dòng)機(jī)過熱，嚴(yán)重的還將燒毀線圈。此種情況必須逐項(xiàng)排查，找出故障原因，通暢通風(fēng)孔道、修補(bǔ)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(duì)于剛剛經(jīng)過檢修的泵體出現(xiàn)過熱還應(yīng)檢查滾動(dòng)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(shí)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(dòng)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(duì)于采用皮帶傳動(dòng)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(duì)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(dòng)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(jī)組的震動(dòng)也會(huì)造成軸承系統(tǒng)故障的增多。水泵系統(tǒng)的震動(dòng)過大會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全產(chǎn)生重要的影響，嚴(yán)重危害機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行，而且過大的震動(dòng)對(duì)機(jī)組、機(jī)組基礎(chǔ)等都有著重要的影響。在出現(xiàn)機(jī)組過大震動(dòng)的原因主要是由于泵軸或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸桿變形、軸承損壞以及底座固定螺栓松動(dòng)等。出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)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(dòng)不暢等情況。如過線上述情況則可確定引起振動(dòng)過大的是軸承損壞造成。排除其他原因后機(jī)組振動(dòng)依舊，則可以認(rèn)為是泵軸或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸桿變形引起振動(dòng)過大。泵軸或電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸桿變形多為臨時(shí)性形變，是由于機(jī)組軸承部分損壞造成局部過熱造成的變形?？赏C(jī)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(shí)跟換使用壽命到期的零部件，避免零部件損壞后對(duì)機(jī)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(yùn)行情況以及記錄科學(xué)的分析，確定更換時(shí)間，以此保障給水泵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這就需要維護(hù)部門要加強(qiáng)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(shí)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(yùn)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(dòng)，造成葉輪內(nèi)和流道內(nèi)的液體都有圓周方向的運(yùn)動(dòng)，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(yáng)程要高3～9倍。單葉輪可以取得4～17kg/cm2壓力，兩級(jí)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(duì)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(yáng)程的變化對(duì)流量的影響比離心泵小，因此，對(duì)系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)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(shí)，就會(huì)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(yùn)行中不產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，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(diǎn)，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(yáng)程，較慢的化學(xué)反應(yīng)速度和較高的耐腐蝕性;在機(jī)場(chǎng)，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(dòng)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(duì)旋渦泵的研究狀況

2.1旋渦泵的工作原理

第1個(gè)進(jìn)行旋渦泵研究工作的是德國科學(xué)家里臺(tái)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(dòng)，在每一液體質(zhì)點(diǎn)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?yàn)榱鞯乐幸后w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(yùn)動(dòng)(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(yáng)程就增加1次。因此，旋渦泵的揚(yáng)程高于離心泵的揚(yáng)程。

里臺(tái)爾的假說是對(duì)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(duì)流道內(nèi)的流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的摩擦剪切應(yīng)力實(shí)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(yáng)程越高。徑向小葉片與流道內(nèi)的液體相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生紊流摩擦力，從而把原動(dòng)機(jī)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(yáng)程<3>，故旋渦泵也稱為摩擦泵。

2.3旋渦泵的設(shè)計(jì)理論

由于旋渦泵內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性和理論的不完善，目前還沒有的理論設(shè)計(jì)方法，通常采用相似換算法，經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法。

20世紀(jì)60年代有學(xué)者提出旋渦泵H～Q揚(yáng)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(jì)方法。1988年有國外學(xué)者提出單輪雙級(jí)旋渦泵，這對(duì)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(jí)旋渦泵結(jié)構(gòu)由于旋渦泵的揚(yáng)程隨流量增加而下降較快，且揚(yáng)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(duì)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(yáng)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(huì)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(duì)旋渦泵和高速旋渦泵的設(shè)計(jì)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(jì)方法，通過實(shí)驗(yàn)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(huì)降低泵的揚(yáng)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(duì)小流量高揚(yáng)程離心旋渦泵進(jìn)行了水力設(shè)計(jì)，提高了樣泵的抗汽蝕性能。合肥通用機(jī)械研究院的陳世亮<10>設(shè)計(jì)了屏蔽式旋渦泵并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，屏蔽式旋渦泵沒有泄漏，運(yùn)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(dòng)

20世紀(jì)40年代以后，在里臺(tái)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(dòng)的理論，得到了多個(gè)描述旋渦泵內(nèi)部流動(dòng)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(gè)理論模型中，Senoo把旋渦泵葉輪中的流動(dòng)看作是庫艾特-泊肅葉流動(dòng)。1955年，學(xué)者Iverson<12>對(duì)徑向葉片葉輪的旋渦泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行研究，提出了一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(dòng)。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(dòng)量交換理論，從而能夠很好地解釋旋渦泵中的旋渦流動(dòng)。學(xué)者Dewitt<14>和Mason<15>應(yīng)用這個(gè)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(dòng)充分發(fā)展的區(qū)域，然而在流動(dòng)充分發(fā)展區(qū)域前有一個(gè)流動(dòng)的發(fā)展區(qū)域，這個(gè)區(qū)域?qū)π郎u泵的性能有很大的影響。他建立了一個(gè)應(yīng)用于流動(dòng)發(fā)展區(qū)域內(nèi)的理論，并通過實(shí)驗(yàn)來分析了這個(gè)區(qū)域?qū)Ρ眯阅艿挠绊?，得出增加泵進(jìn)口處流道的面積可以提高泵的揚(yáng)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(duì)內(nèi)部流動(dòng)理論方面的研究至今還很少。

隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD(Compu2 tationalFluidDynamics)自20世紀(jì)60年代中期已形成一門獨(dú)立的科學(xué)分支，成為研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，解決很多工程實(shí)際問題的三大手段(理論，實(shí)驗(yàn)，計(jì)算)之一。

國內(nèi)外已有學(xué)者采用CFD軟件對(duì)旋渦泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并取得了一定成果。Song采用Fluent軟件對(duì)不同流道截面面積的旋渦泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并通過實(shí)驗(yàn)研究得出，當(dāng)流道截面面積增大時(shí)，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(qiáng)，使揚(yáng)程增大。江蘇大學(xué)的董穎等人通過對(duì)不同流道截面形狀的旋渦泵內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬，分析了旋渦泵的內(nèi)部流動(dòng)狀況，驗(yàn)證了流道截面形狀對(duì)旋渦泵內(nèi)部流動(dòng)的影響，證實(shí)了縱向旋渦和徑向旋渦的存在。

2.5旋渦泵的實(shí)驗(yàn)研究

由于旋渦泵流道和葉輪的多樣性，系統(tǒng)地針對(duì)全部類型旋渦泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究是個(gè)工作量巨大的工程，所以國內(nèi)外學(xué)者對(duì)旋渦泵的實(shí)驗(yàn)研究都是針對(duì)某一方面展開的，主要是通過對(duì)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(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法。

英國學(xué)者Crewdson<19>對(duì)旋渦泵葉片的造型作了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)葉片受壓面(正面)的出口角約為135°，同時(shí)把吸力面(背面)的葉片邊倒圓，使其形成尖的葉片時(shí)，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(gè)新的理論模型，并根據(jù)此模型設(shè)計(jì)了一種帶扭曲葉片的葉輪，明顯提高了旋渦泵的揚(yáng)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(duì)泵性能影響的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，闡述了泵幾何參數(shù)對(duì)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(yàn)系數(shù)水力計(jì)算公式。鄭州大學(xué)的張明成<22>等通過對(duì)旋渦泵中葉輪與泵體間動(dòng)壓場(chǎng)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(shì)

(1)在設(shè)計(jì)計(jì)算方面，針對(duì)旋渦泵特殊工作原理以及多種結(jié)構(gòu)型式，對(duì)影響旋渦泵性能的過流部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高泵的效率，完善泵的理論設(shè)計(jì)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(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用CFD軟件進(jìn)行模擬計(jì)算旋渦泵的工作過程。

(3)在實(shí)驗(yàn)研究方面，采用PIV，LDV，PU，PDV等測(cè)試技術(shù)對(duì)旋流泵內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行測(cè)試和分析，揭示其內(nèi)部流動(dòng)的規(guī)律，為理論研究提供可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

(4)系統(tǒng)研究各過流部件對(duì)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(jì)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(jí)旋渦泵，半開型葉輪，將旋渦泵與離心葉輪組合成多級(jí)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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