大型立式水泵局部性檢修的非常規(guī)方法探討

孫　毅　張　暉

(1.南水北調東線江蘇水源有限責任公司揚州分公司， 江蘇 揚州　225002；2.江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 揚州　225200)

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大型立式水泵局部性檢修的非常規(guī)方法探討

孫毅1張暉2

(1.南水北調東線江蘇水源有限責任公司揚州分公司， 江蘇 揚州225002；2.江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 揚州225200)

立式水泵應用廣泛，結構復雜，時常出現由局部性檢修升級為解體大修的情形。本文從實踐出發(fā)，結合多年安裝檢修與運行管理經驗，根據實際情況合理調整檢修工序，在較短時間內完成了電機油冷卻器故障的檢修，避免了解體大修。按需維修節(jié)約了工期與成本，為大型水泵狀態(tài)檢修的發(fā)展提供了一次案例基礎。

大型泵站； 立式水泵； 局部性檢修； 搶修； 非常規(guī)方法

立式水泵機組具有占地面積小、技術成熟、可靠性高、工況調節(jié)性能優(yōu)、導軸承荷載小以及電機運行環(huán)境好等優(yōu)點，廣泛應用于大型水利工程、跨流域調水工程、農業(yè)灌溉、城市供排水系統、工業(yè)生產用水及能源領域[1]。但立式水泵機組對設計、制造以及安裝水平要求均很高，并且檢修工藝復雜，根據檢修內容的不同，可分為局部性檢修、解體大修和擴大性大修[2]，由于設備的結構限制，部分局部性檢修可能會升級為解體大修，甚至擴大性大修，勢必額外耗費大量的人力、物力與時間，在如何避免檢修升級的問題上，目前成功經驗較少。本文通過一次成功的搶修實例，研究立式水泵機組的維修方法，盡可能減少裝配和調整工序，且保證機組檢修質量，順利完成局部性檢修。

1　工程概況及檢修原因

江蘇省江都水利樞紐第二抽水站選用1.75ZLQ-6.0立式全調節(jié)軸流泵，配套TL1000-24/2150立式同步電動機，采用直聯傳動(如圖1所示)，電機主要由上機架、下機架、定子、轉子、推力軸承、導軸承等部件組成。水泵主要由葉輪、主軸、導軸承、主軸密封、葉輪室、導葉體、導葉帽、出水彎管、出水伸縮節(jié)與基礎件等部件組成。

圖1　水泵機組結構

2014年江蘇北部很多地區(qū)發(fā)生嚴重干旱，江都站全部投入運行，該泵站5號主電機運行過程中上油槽油位上升，初步判斷由于電機上油槽油冷卻器發(fā)生泄漏，造成透平油乳化，經過化驗證實油內含水，基本判定是油冷卻器出現滲漏，當時工程運行事關人民群眾生命財產安全，應立即對電動機開展搶修。

2　檢修方案的分析與確定

2.1檢修對象的分析

在確定檢修方案前，應全面了解整個機組的結構、特性、安裝改造記錄、運行工況以及所在的外界環(huán)境，包括機組的運行工況、廠房不均勻沉陷以及機組底板水平的變化等[3]。

a.機組的檢修、改造情況。該機組自1998年改造以來，分別于2005年、2013年已完成了兩次定期預防性解體大修，安裝技術參數均符合規(guī)范要求，且無技術更新改造項目。

b.機組的運行工況。該機組在停機前運行狀態(tài)良好，各溫度均顯示正常，與鄰近機組運行情況近似，相關運行技術參數見表1所列，無異常振動、響聲及其他異常狀況。

c. 廠房的沉陷情況。由于各泵站產生不均勻沉陷是客觀存在的，該泵站廠房有兩塊底板，于1964年9月建站時開始觀測，其沉陷已相當穩(wěn)定，期間也未出現類似高烈度地震的惡劣地質災害，總的河床變化趨勢是沖刷大于淤積，但并不影響河床穩(wěn)定。測壓管于1965年2月開始觀測，測壓管基本靈敏，從過程線上看，完全符合理論規(guī)律。

該機組運行工況良好，所在外界環(huán)境穩(wěn)定，可以認定該機組產品與裝配質量完好，滿足機組安全運行要求，所以此次檢修的對象可以明確為已損壞的油冷卻器。

2.2檢修內容與范圍的分析

該電動機上油槽內部空間較小，結構如圖2所示，但油冷卻器結構型式復雜，位于油槽中下部，故需先取出導軸承與導瓦架，才能吊出油冷卻器，完成檢修。而安裝導軸承時，則需確定轉動部分的中心后方可安裝，如此，將勢必升級為解體大修。而大型立式水泵機組解體大修一般包括12道主要工序[4]，如此完成該機組的搶修一般至少需要6天工期，因此在檢修過程中，不能完全按照傳統經驗與思路開展拆卸、調整與安裝工序，在保證安裝質量的前提下，盡可能利用安裝技術要求來調整工序，在最短時間內完成油冷卻器的檢修，故將此

表1　5號機組停機前的主要運行技術參數

次檢修定位于局部性檢修，盡量避免升級為解體大修。

圖2　電動機上油槽結構

2.3安裝要素的分析

大型立式水泵機組的安裝有八大安裝要素[5]，如果不采取常規(guī)性解體大修，僅做局部性檢修，需確定的問題與影響要素如下：

a.固定部分垂直同心的確定。固定部分垂直同心主要為了保證機組轉動部分與固定部分之間各部分間隙均勻，比如空氣間隙、葉輪間隙、軸承間隙等[5]。單電機檢修時，由于不拆除轉動部件，水泵部分的同心無法采用電氣回路法、鋼弦線找正法測量，此次檢修可通過測量電機空氣間隙與水泵葉輪間隙，來調整并確定固定部分的同軸度。

b.鏡板水平的確定。鏡板水平的目的是保證機組軸線轉動中心垂直。由于該機組推力軸承采用剛性支柱式結構，雖然有鎖片的固定，經過幾年時間的運行，各軸瓦難免出現受力不均[6]，各軸瓦瓦面的磨損量不盡相同，加上泵站底板也有可能出現不均勻沉降現象，故該機組的鏡板水平有可能與原安裝數據有所偏差，甚至達不到安裝要求，而檢修過程中如果不考慮水平，最終會影響機組運行質量及壽命，嚴重時，機組甚至不能投入使用[7]，故此次檢修需復測鏡板水平。

3)模擬結果顯示:標準段距離盾構井50 m內的冠梁軸力呈受拉狀態(tài)，四個工況下第一道標準段內支撐軸力均大于第一道盾構井內支撐軸力.

c.軸線擺度的確定。立式水泵機組的軸線與理論中心線總存在一定的偏差，即軸線擺度。若軸線擺度調整質量不好，在機組運行過程中，轉動部件會產生較大的擺動幅度，增大所受到的外部不平衡力，加快軸承的磨損，引起機組非正常振動，甚至發(fā)生葉輪碰殼、水導軸承損壞等事故[8]。因此，為確保檢修質量，此次需復測軸線擺度。

d.轉動部分中心的確定。安裝轉動部分必須使其軸線盡可能與機組固定部分的中心線重合，才能確保各部分的間隙符合規(guī)定的要求。大型立式水泵機組安裝時，轉動部分中心必須以水泵水導軸承插口為基準面來測定[4]。此次檢修利用原有的安裝位置，采取一定的措施，確保轉動部分與固定部分的相對位置不變，從而免去測定中心的步驟，但還需復測軸承間隙與葉輪間隙，驗證轉動部分與固定部分中心位置的重合。

2.4檢修方案的確定

通過前面的分析，在此次檢修調整過程中，可以充分利用原有的安裝基礎，避免整個轉動部分的解體與完整安裝工序，通過測量調整部分重要安裝要素即可保證安裝質量。要保持原有安裝基準，主要是解決拆除導瓦架與導軸承后，如何確定轉動部分中心與電機導軸承間隙的問題，同時這也是此次檢修的難點。

在大修時，電動機的導軸承安裝是在轉動軸線中心線定好后，空氣間隙測量驗收合格后進行調整確定的，該機組檢修時的安裝間隙如表2所列。該機組經過一定時間的運行，由于各種徑向載荷的作用，轉動軸線中心幾乎不可能與固定部分的中心線保持重合，考慮到其他主要參數均能符合要求，在此，可以考慮保持原有轉動部分中心的基準，即利用固定部分與轉動部分拆除前的相對位置，主要是推力頭與導軸承現有位置，做好定位措施并保持監(jiān)視，在修復油冷卻器后，復原初始安裝位置，確保拆除后與拆除前位置不能發(fā)生變化，同時復測空氣間隙與葉輪間隙，解除定位后，復測其他主要技術參數，確保檢修安裝質量。

表2　5號機組導軸承安裝間隙　單位：mm

3　檢修的主要過程

a.在解體導軸承、導瓦架前，針對機組結構特點，在推力頭即電機上導軸頸與下導軸頸處，分別安裝兩只互成90°方位的百分表，使指針垂直于測量表面，調整讀數為零，監(jiān)視推力頭的位置，并確保百分表、萬向節(jié)及磁性表座不能有任何位移或變動。

b.在每塊上導瓦與下導瓦后安裝兩只專制千斤頂，檢查各百分表讀數無變化后，檢查各千斤頂受力是否均勻。拆除水導軸承后，拆除上導瓦后的千斤頂，利用下導瓦架抱緊下導瓦及主軸，再檢查百分表與千斤頂。

c.測量導軸承間隙，解體時的間隙數據如表3所列，對照安裝間隙進行數據分析，表明在運行過程中，轉動部件受到各種徑向載荷，停機時停留在相對中心位置，偏向東部約0.02mm，雙邊間隙基本一致，軸承磨損較小。測量完畢后，拆除推力頭部位的兩只百分表，由于下導軸頸距離鏡板僅1.2m，可利用下導軸頸的百分表監(jiān)視推力頭的位置。

表3　5號機組導軸承解體間隙　單位：mm

d.依次拆除上導瓦、上導瓦架與油冷卻器后，修復油冷卻器。在修復過程中，除補焊滲漏點外，還發(fā)現冷卻器內部沉淀了較多泥沙，清理完畢后，檢查各測溫元件。

e.依次安裝油冷卻器、上導瓦架和上導瓦，并按照解體時的測量數據進行安裝，復原拆除前的安裝位置。由于下導瓦依然貼在電機軸頸，安裝盤車架后，復測鏡板水平，偏差在0.02mm/m以內，符合規(guī)范要求。

f.測量轉動軸線擺度，在聯軸器、電機上導軸承與水泵下水導軸承處的軸頸分別安裝兩只互成90°方位的百分表，復測軸線擺度值，對照原檢修測量數據，各處相對擺度值與水導軸承處軸頸絕對擺度值均符合安裝規(guī)范要求，說明轉動部分軸線擺度符合相關要求[8]。

g.測量磁場中心、電機空氣間隙對照原始測量數據，轉子磁場中心與空氣間隙均符合安裝規(guī)范要求，說明機組固定部分與轉動部分相對變化較小[9]，同時也驗證了固定部分垂直同心與轉動部分中心均符合要求。

h.根據解體時的數據測量調整下導瓦間隙，安裝水導軸承符合要求，測量葉片間隙均勻后，再根據圖紙與規(guī)程規(guī)范安裝其他部件。

綜合檢修過程分析，水泵機組固定部分垂直同心變化很小，基本保持原安裝時的狀態(tài)不變。因此，在拆卸與安裝過程中，只要推力頭不發(fā)生移動，可以認為整個電機軸及水泵軸均未發(fā)生偏移，并且確認轉動軸線擺度符合規(guī)范要求，即可保證機組的檢修安裝數據。需要注意的是，在吊裝冷卻器過程中，需仔細檢查，不允許碰撞推力頭部位，監(jiān)視百分表的讀數不可有偏差。修復冷卻器后，依據此前測量的電機上、下導瓦的間隙，即可裝配電機上油槽內的各零件，并完成水泵與電機的各部件裝配。

根據現場實際操作，此次檢修僅用了10h時間，當天完成檢修后即投入運行。該機組檢修后，連續(xù)運行274h，當年又累積運行180d，機組狀況良好，相關運行技術參數見表4，無異常振動，此次安裝檢修質量達到了預期效果[10]。

表4　5號機組連續(xù)運行240h后的主要技術參數

4　結　語

本文介紹的這種檢修方法利用了機組結構的特點，是處理某些設備故障的一種省時省力的非常規(guī)方法，并不適用于所有機組出現的各類故障[11]，若水泵機組在長期運行過程中，出現了電機繞組故障、推力瓦燒損、水泵軸頸磨損及葉片氣蝕等問題時，就必須通過解體大修來處理[12]。南水北調東線工程與北京密云調蓄工程均已正式投入運行，同類立式機組在長期運行過程中，不可避免地會受到各類不確定性因素的影響[13]，難免出現部分設備損壞的情況，運行管理與維修養(yǎng)護人員應考慮現場實際情況，采取適合的方法來處理相應的問題，本文通過實踐經驗提出了按需檢修的思路，為狀態(tài)檢修的發(fā)展提供了案例基礎，隨著檢修管理技術的更新與發(fā)展，也將帶來更為顯著的經濟效益和社會效益。

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Discussion on unconventional methods of local repair in large vertical water pump

SUN Yi1, ZHANG Hui2

(1.South-to-NorthWaterDiversionProjectEastLineJiangsuWaterSourceCo.,Ltd.YangzhouBranch,Yangzhou225002,China;2.JiangsuJiangduWaterConservancyProjectManagementOffice,Yangzhou225200,China)

Vertical water pumps are widely used with complex structure. Local maintenance is frequently upgraded to collapse overhaul. In the paper, installation maintenance and operation management experience for many years are combined from the perspective of practice. Maintenance procedures are rationally adjusted according to actual condition. Overhaul of electric engine oil cooler failures is completed within shorter time, thereby avoiding collapse major repair. The pump can be repaired according to demand, thereby saving construction duration and cost, and providing a case basis for developing large water pump state overhaul.

large pump station; vertical water pump; local repair; emergency repair; unconventional methods

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.01.022

TV675

A

1005-4774(2016)02-0075-05