1、前言

　　大型水泵機(jī)組在機(jī)、電、水等方面均有可能引起機(jī)組故障,造成機(jī)組無法正常運(yùn)行。明確大型水泵機(jī)組故障特點(diǎn)、主要故障形式及原因,可以有針對性地排除故障,縮短維修時間,提高維修質(zhì)量,并采取措施,盡量避免故障的發(fā)生,保證泵站功能的發(fā)揮。

2、主要故障與故障特點(diǎn)

2. 1、主要故障的確定

　　大型水泵機(jī)組由多個零部件組成,每個零部件都有其具體的功能,也都有可能發(fā)生故障。其中大部分零部件的故障對水泵機(jī)組的運(yùn)行沒有直接影響,如果這些故障不能及時排除,其唯一的后果就是事后維修費(fèi)用,且其費(fèi)用低于預(yù)防維修。因此,在研究水泵機(jī)組故障時,沒有必要對所有的成千上萬個零部件逐一進(jìn)行分析。但某些關(guān)鍵部件的故障會直接導(dǎo)致機(jī)組無法運(yùn)行,甚至危及安全。對于大型水泵機(jī)組的故障分析和維修性設(shè)計、評價和改善,只需針對比較少的一部分部件及機(jī)構(gòu),這些部件及機(jī)構(gòu)故障的發(fā)生會影響泵站的正常和安全運(yùn)行。這類故障即為主要故障。鑒定關(guān)鍵部件及機(jī)構(gòu)需要確定系統(tǒng)、分系統(tǒng)每一層次中的關(guān)鍵部件及機(jī)構(gòu)。首先,將機(jī)組按復(fù)雜程度依次列出其所有產(chǎn)品,形成“構(gòu)造樹”,然后將其故障顯然對設(shè)備沒有重要后果的部件從“樹”中略去,在留下來的部分中再選擇必須進(jìn)行故障及維修研究的部件及機(jī)構(gòu)。典型的大型彎管式軸流泵機(jī)組“構(gòu)造樹”如圖1所示。

圖1　彎管式軸流泵機(jī)組“構(gòu)造樹”

　　調(diào)查某省59座大型泵站運(yùn)行情況,發(fā)生過重要問題和事故的泵站共有14座(其中部分泵站的水泵葉片可調(diào)節(jié)) ,機(jī)組出現(xiàn)問題的部件及機(jī)構(gòu)主要為推力瓦、電機(jī)絕緣、葉片、導(dǎo)軸承和葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),粗略統(tǒng)計10年內(nèi)各部件故障發(fā)生的次數(shù)如表1。水泵機(jī)組其他的常見故障,因其影響程度和維修難度小,維修費(fèi)用低,一般可以采用事后維修。

表1　大型水泵機(jī)組關(guān)鍵部件故障次數(shù)統(tǒng)計

　注:表中部分泵站水泵設(shè)置葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

2. 2、故障特點(diǎn)

2. 2. 1、影響大

　　大型泵站抗旱、排澇、調(diào)水功能能否正常發(fā)揮,關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全。水泵機(jī)組一旦在搶險排澇的關(guān)鍵時刻出現(xiàn)故障,如果得不到及時、快速準(zhǔn)確的檢測、診斷和維修,抽水流量不能得到保證,將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會負(fù)面影響。對于梯級泵站,如果某一級泵站水泵機(jī)組出現(xiàn)故障,將影響到其他梯級泵站乃至整個調(diào)水工程的正常運(yùn)行。因此,大型水泵機(jī)組故障的后果嚴(yán)重,影響面廣,所以水泵機(jī)組的可靠性是重點(diǎn)考慮的問題。

2. 2. 2、原因復(fù)雜

(1)機(jī)械方面

　　磨損、腐蝕、疲勞、老化、汽蝕等失效形式,機(jī)組部件材料的性能、安裝質(zhì)量和運(yùn)行條件都可能是水泵機(jī)組及其關(guān)鍵部件故障的原因。機(jī)械故障還具有潛在性、漸發(fā)性、耗損性、模糊性和多樣性等特性。水泵是旋轉(zhuǎn)機(jī)械,轉(zhuǎn)子不平衡、不對中,部件的潤滑和密封等都會導(dǎo)致機(jī)組故障。

(2)電氣方面

　　電流、電壓過高或過低都會引起電動機(jī)的發(fā)熱,嚴(yán)重時會燒損電機(jī)。三相電壓的不平衡和三相阻抗的不同都會產(chǎn)生三相電流不平衡,最嚴(yán)重程度是一項保險絲熔斷,此時其它兩相將通過很大的電流,電動機(jī)繞組溫度將迅速上升,可能立即燒毀電動機(jī)。泵站電氣設(shè)備眾多,某一個出現(xiàn)故障,都有可能導(dǎo)致機(jī)組的故障。

(3)水力方面

　　主要是導(dǎo)致機(jī)組過載和水力振動。上下游水位超出設(shè)計水位有可能導(dǎo)致機(jī)組過載。水力振動原因有:汽蝕引起的壓力脈動;非設(shè)計工況流速不均勻引起的振動,特別是脫流漩渦引起的振動;水泵起動過渡過程引起的振動。

(4)管理方面

　　水泵機(jī)組的日常維護(hù)和保養(yǎng)不當(dāng),管理人員不按規(guī)程操作等都會引起機(jī)組故障甚至事故。

2. 2. 3、隱蔽性強(qiáng)

　　大型水泵機(jī)組故障的隱蔽性強(qiáng)主要有兩個方面原因: (1)正常情況下,無法進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部進(jìn)行檢查,也難以對機(jī)組解體進(jìn)行查看; (2)對于排澇泵站,只有在汛期才開機(jī)抽水,抽水時間僅1～3個月,調(diào)水泵站雖然一年開機(jī)時間有5000～6000h,也有3～4個月時間停機(jī)。故障特征通常在機(jī)組運(yùn)行時才表現(xiàn)出來,在停機(jī)狀態(tài)下,難以發(fā)現(xiàn)故障的存在。

2. 2. 4、數(shù)據(jù)收集難

　　大型水泵機(jī)組都是根據(jù)特定泵站結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)行工況條件設(shè)計的,生產(chǎn)數(shù)量少、機(jī)組造價高,同型號機(jī)組的數(shù)量少,故障類比性差、故障數(shù)據(jù)收集難度大。機(jī)組開機(jī)政策性強(qiáng),故障數(shù)據(jù)主要是依靠平時泵站管理中的記錄。由于故障現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,維修強(qiáng)度大,維修周期長,各泵站技術(shù)力量和管理水平存在差異等諸多因素,使得故障處理數(shù)據(jù)收集難度大。

2. 2. 5、故障率確定難

　　水泵機(jī)組母體變化,故障率難以確定。大型水泵機(jī)組使用期限長,一般長達(dá)幾十年,需要經(jīng)過多次維修,雖然機(jī)組的整體機(jī)構(gòu)沒有改變,但是其各部件,特別是易磨、易損部件,已被全部或部分更換,且維修安裝的技術(shù)條件、維修質(zhì)量也在不斷變化,且機(jī)組維修周期通常都比較長。因此發(fā)生故障的母體是變化的,再由于機(jī)械系統(tǒng)零部件的材料、加工工藝、負(fù)荷、功能等方面存在差異,故障模式千變?nèi)f化,故障率的確定就缺少了相同的發(fā)生條件,難以準(zhǔn)確統(tǒng)計出大型水泵機(jī)組的故障率分布規(guī)律。一般將大修之后的機(jī)組作“修復(fù)如新”的假設(shè),即相鄰故障時間獨(dú)立同分布,按照原來維修周期對其進(jìn)行大修。