1、前言

　　大型水泵機組在機、電、水等方面均有可能引起機組故障,造成機組無法正常運行。明確大型水泵機組故障特點、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,提高維修質量,并采取措施,盡量避免故障的發生,保證泵站功能的發揮。

2、主要故障與故障特點

2. 1、主要故障的確定

　　大型水泵機組由多個零部件組成,每個零部件都有其具體的功能,也都有可能發生故障。其中大部分零部件的故障對水泵機組的運行沒有直接影響,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用,且其費用低于預防維修。因此,在研究水泵機組故障時,沒有必要對所有的成千上萬個零部件逐一進行分析。但某些關鍵部件的故障會直接導致機組無法運行,甚至危及安全。對于大型水泵機組的故障分析和維修性設計、評價和改善,只需針對比較少的一部分部件及機構,這些部件及機構故障的發生會影響泵站的正常和安全運行。這類故障即為主要故障。鑒定關鍵部件及機構需要確定系統、分系統每一層次中的關鍵部件及機構。首先,將機組按復雜程度依次列出其所有產品,形成“構造樹”,然后將其故障顯然對設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行故障及維修研究的部件及機構。典型的大型彎管式軸流泵機組“構造樹”如圖1所示。

圖1　彎管式軸流泵機組“構造樹”

　　調查某省59座大型泵站運行情況,發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節) ,機組出現問題的部件及機構主要為推力瓦、電機絕緣、葉片、導軸承和葉片調節機構,粗略統計10年內各部件故障發生的次數如表1。水泵機組其他的常見故障,因其影響程度和維修難度小,維修費用低,一般可以采用事后維修。

表1　大型水泵機組關鍵部件故障次數統計

　注:表中部分泵站水泵設置葉片調節機構。

2. 2、故障特點

2. 2. 1、影響大

　　大型泵站抗旱、排澇、調水功能能否正常發揮,關系到人民生命財產的安全。水泵機組一旦在搶險排澇的關鍵時刻出現故障,如果得不到及時、快速準確的檢測、診斷和維修,抽水流量不能得到保證,將造成巨大的經濟損失和社會負面影響。對于梯級泵站,如果某一級泵站水泵機組出現故障,將影響到其他梯級泵站乃至整個調水工程的正常運行。因此,大型水泵機組故障的后果嚴重,影響面廣,所以水泵機組的可靠性是重點考慮的問題。

2. 2. 2、原因復雜

(1)機械方面

　　磨損、腐蝕、疲勞、老化、汽蝕等失效形式,機組部件材料的性能、安裝質量和運行條件都可能是水泵機組及其關鍵部件故障的原因。機械故障還具有潛在性、漸發性、耗損性、模糊性和多樣性等特性。水泵是旋轉機械,轉子不平衡、不對中,部件的潤滑和密封等都會導致機組故障。

(2)電氣方面

　　電流、電壓過高或過低都會引起電動機的發熱,嚴重時會燒損電機。三相電壓的不平衡和三相阻抗的不同都會產生三相電流不平衡,最嚴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,電動機繞組溫度將迅速上升,可能立即燒毀電動機。泵站電氣設備眾多,某一個出現故障,都有可能導致機組的故障。

(3)水力方面

　　主要是導致機組過載和水力振動。上下游水位超出設計水位有可能導致機組過載。水力振動原因有:汽蝕引起的壓力脈動;非設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

　　水泵機組的日常維護和保養不當,管理人員不按規程操作等都會引起機組故障甚至事故。

2. 2. 3、隱蔽性強

　　大型水泵機組故障的隱蔽性強主要有兩個方面原因: (1)正常情況下,無法進入機組內部進行檢查,也難以對機組解體進行查看; (2)對于排澇泵站,只有在汛期才開機抽水,抽水時間僅1～3個月,調水泵站雖然一年開機時間有5000～6000h,也有3～4個月時間停機。故障特征通常在機組運行時才表現出來,在停機狀態下,難以發現故障的存在。

2. 2. 4、數據收集難

　　大型水泵機組都是根據特定泵站結構形式和運行工況條件設計的,生產數量少、機組造價高,同型號機組的數量少,故障類比性差、故障數據收集難度大。機組開機政策性強,故障數據主要是依靠平時泵站管理中的記錄。由于故障現場環境復雜,維修強度大,維修周期長,各泵站技術力量和管理水平存在差異等諸多因素,使得故障處理數據收集難度大。

2. 2. 5、故障率確定難

　　水泵機組母體變化,故障率難以確定。大型水泵機組使用期限長,一般長達幾十年,需要經過多次維修,雖然機組的整體機構沒有改變,但是其各部件,特別是易磨、易損部件,已被全部或部分更換,且維修安裝的技術條件、維修質量也在不斷變化,且機組維修周期通常都比較長。因此發生故障的母體是變化的,再由于機械系統零部件的材料、加工工藝、負荷、功能等方面存在差異,故障模式千變萬化,故障率的確定就缺少了相同的發生條件,難以準確統計出大型水泵機組的故障率分布規律。一般將大修之后的機組作“修復如新”的假設,即相鄰故障時間獨立同分布,按照原來維修周期對其進行大修。