锅炉给水泵输送高温流体，运行容易出现故障。中天合创能源有限责任公司热电装置使用的给水泵出现超电流、汽蚀余量不达标及振动过大等现象，根据现场实际工艺要求进行整改，通过叶轮切割、更换诱导轮等一系列方法完成整改，故障得以排除，现场运行平稳，性能参数达到设计使用要求。

 

一、前言

 

中天合创公司的大型煤化工是国家“十二五”新型煤化工示范项目，其热电装置5×490t/h的锅炉设置平台100%容量配备4台(5#、6#、7#、8#)锅炉定速给水泵，卧式9级双壳体式，配备三相异步电动机，参数见表1。

 

 

二、给水泵故障

 

该给水泵为9级双壳体离心泵，轴封采用机械密封，轴承润滑采用外供强制润滑；泵为中心线支撑，进出口均垂直向上，泵定子部分由吸入段、中段、排出段和导叶等组成，转子部分由诱导轮、叶轮、轴、机械密封、轴承和联轴器组件等组成，泵通过联轴器由电动机驱动，从电动机方向看为顺时针方向旋转。如图1所示。

 

 

 图1给水泵结构

 1.轴承部件 2.联轴器部件 3.轴 4.抽头中段 5.吐出冷却室 6.推力轴承 7.泵盖部件 8.末段导叶部件 9.末级中段 10.中段 11.导叶 12进水段 13.筒体部件 14.吸入函体

 

4台锅炉定速给水泵参数相同，互换性高，7#泵开车后发现效率和汽蚀余量没有达到用户要求，其余3台也出现了同样的问题：

 

1)电动机超电流。

2)泵汽蚀余量过高。

3)在原速运转过程中振动偏大。

 

三、原因分析

 

针对出现超电流、汽蚀余量过高、振动偏大的故障进行原因分析。

 

1.电动机超电流

 

现场测试流量达403m3/h(即额定流量590m3/h的68.31%)、扬程1956m，电动机电流为264A(为额定值的100.4%)，出现超电流现象。通过拆解分析，导致电动机超电流的主要原因如下。

 

1) 叶轮直径设计偏大，扬程偏离额定点太大，超10%，造成轴功率偏大，这是电动机超电流的原因之一。

 

2) 流体从泵进口流入，经叶轮、导叶，最后通过泵体流出的过程中，叶轮、导叶、泵体等铸造精度不高，流动阻力增大，损失增大，效率偏低，也会使电动机超电流。

 

3) 经两次试验判断筒体排出室面积偏小，有阻水现象，流体经过排出室时不能光滑过渡，不符合逐渐把动能转换为压力能的趋势。

 

2.汽蚀余量过高

 

从汽蚀试验数据来看泵汽蚀余量为12.66~13.66m，从泵的性能曲线来看汽蚀余量在13m左右，而协议要求的泵汽蚀余量为7m，严重超标容易造成泵汽蚀，从而引起泵的振动甚至停泵。

 

影响泵汽蚀余量的因素主要有三个方面，诱导轮、装置汽蚀余量和叶轮进口几何形状。故障存在的原因之一是诱导轮的设计未达到工艺要求，原有的诱导轮外径223mm，在流量649m3/h时，诱导轮扬程为4m，汽蚀余量高，诱导轮的设计不达标；首级叶轮进口几何形状也是影响汽蚀余量过高的原因，检查发现叶轮进口面积偏小，增大进口流速，泵的汽蚀余量偏高，汽蚀性能下降；装置汽蚀余量也是影响泵汽蚀余量的主要因素；增加进口压力，增大装置汽蚀余量，改善汽蚀性能。

 

3.振动偏大

 

泵在运行过程中振动噪声明显，由于超电流致使泵不能在额定工况点下运行，流动不顺畅，产生流体激振力，引起泵的振动噪声;转子转动时不平衡，也会引起振动;泵的汽蚀余量偏大，容易发生汽蚀，伴随着强烈的水击而产生振动和噪声;工装坐架固定泵不牢固，电动机与泵高偏差过大，举架过高，也是造成泵在运转过程中振动偏高的原因。

 

四、处理对策

 

针对电动机超电流、汽蚀不达标和振动偏高等问题，进行更换诱导轮、叶轮切割等一系列整改。

 

1.电动机超电流的故障处理

 

(1)次级叶轮切割  原4台泵在装置现场均出现超电流现象，其原因是扬程偏高，轴功率偏大。首先对7#泵次级叶轮进行计算切割量，根据GB3216—2005《回转动力泵水力性能试验》标准的规定，当叶轮平均出口直径的切削量不超过5%时可以应用切割相似换算定律进行切割，设计点流量649m3/h时，扬程为1933m，根据离心泵叶轮切割定律计算得出D=386mm，即水泵的叶轮由400mm切割至386mm，切割量为3.5%，小于5%，切割量符合国家GB3216标准中的要求，见表2。

 

表2容差系数数值

 

对每台泵的8个次级叶轮进行切割，5#，6#由400mm切割到390mm；根据现场运行报告7#、8#泵的流量与协议流量有13~16m3/h的差异，7#、8#由400mm切割到386mm。首级叶轮不切割。

 

(2)筒体排出室切削  筒体排出室的面积偏小。经计算得出给水泵末级导叶断面面积10×30mm×37mm=11100mm2，是出口面积的0.6倍。未切削前筒体断面面积为312mm×25mm=8025mm2，是出口面积的0.5倍，不符合流道渐变趋势，阻碍流动。切削后筒体面积为16050mm2，是出口面积的0.75倍，符合流道渐变趋势。经计算筒体内径由645mm加工到695mm，进行出口内孔边缘打磨圆滑过渡，并进行水压试验，泵体强度完全满足现场实际运行要求。

 

(3)局部处理为了流体顺畅流动，对过流部件进行局部处理，对首级叶轮叶片进口边进行修尖处理，修正后叶片厚度2mm；对叶轮、导叶流道进行D级抛光处理。

 

 

图2 高速动平衡试验

 

叶轮修整与轴组装，重新做高速动平衡试验(见图2)，按工艺要求平衡量≤10g，实际测最约为4g，满足工艺要求。

 

2.汽蚀余量过高的故障处理

 

给水泵技术协议要求汽蚀余量为7m，厂家实测为13.5m，需进行诱导轮更换和首级叶轮处理。

 

(1)更换诱导轮  经重新设计，诱导轮外径由223mm增加到225mm，更改后的诱导轮在设计流量649m3/h时，扬程为6~7m;增加给水泵首级叶轮人入口压力2~3m，泵汽蚀余量在首级叶轮不变的情况下降低2~3m；即流量649m3/h时，汽蚀余量为9~10m。

 

图3 诱导轮

 

检验诱导轮外圆首级叶轮盖盘入口内径粗车预留余量≥5mm、符合工艺要求。对诱导轮进行调质处理、淬火加回火；HBW值检验，标准值180~250HBW，实测值220HBW，符合制造厂热处理工艺要求，如图3所示。

 

 

 

 

图4 首级叶轮精加工

 

(2)调整首级叶轮  如图4所示，首级叶轮进行调质处理、淬火加回火；首级叶轮直径不变，增大叶轮入口面积，入口直径由223mm增至235mm。入口面积增大后，流道过流面积趋势为进口部分凸起的曲线，符合汽蚀设计要求，加大入口直径后的汽蚀余量比更换诱导轮后减低3-4m，即流量649m3/h时，汽蚀余量为5~6m。

 

3.振动偏大的故障处理

 

根据GB29531—2013泵的振动测量与评价方法，该泵属于第III类泵，试验测出的振动烈度为7.1mm/s，振动级别在c级，振动符合国家标准。

 

为了减少泵的振动和噪声，提高运行的安全性和稳定性，对泵进行以下处理。

 

1) 通过修正后的转子部件动平衡试验可以有效降低泵的振动。

 

2) 汽蚀性能的提高有效降低泵的振动和噪声。

 

3) 用固定坐架安装固定给水泵；调整电动机与泵中心高的偏差。

 

按照“做一次低负荷性能试验—>一次拆卸解体—>逐级拆卸叶片—>回装(一次装配)—>做2500kW全速试验—>依据两次试验结果分析确定故障原因—>排除故障—>二次拆卸解—>叶片切削加工—>转子部件动/静平衡试验—>叶片逐级回装(二次装配)—>整机性能试验—>出厂”的方法步骤进行整改，如图5所示，整改后进行试验。

 

图5 整改后的给水泵

 

4台泵整改后进行试验，依据GB3216—2005泵的性能应在2980r/min下进行；试验介质为常温清水(按GB3216—2005规定)，泵机械密封冲洗水为自来水或工业水，开式试验台；进行运转试验、性能试验、振动测量和噪声测量，试验结果满足表1性能参数要求和现场使用要求。

 

五、结语

 

针对4台给水泵运行中出现的问题进行整改并试验，整改后的运行参数符合用户要求，振动和噪声明显减小，泵运行平稳，符合国家标准和用户使用要求。

 

1)通过切割叶轮和扩大筒体内径，并进行一系列的精密加工和试验，整改后的扬程、效率等参数达标，电动机不过载。

 

2)通过更换诱导轮和调整首级叶轮进口尺寸，汽蚀余量达6m，现场运行表明符合参数要求。

 

3)整改后进行转子部件动平衡试验，现场安装位置牢固到位，消除引起振动的因素。

 

参考文献

【1】全国化工设备设计技术中心站机泵技术委会.工业泵选用手册【M】.2版.北京:化学1:业出版社，2011.

【2】关醒凡.现代泵理论与设计【M】北京：中国宇航出版社，2011.