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水泵的原理与安装(全方位图文解析)

物业资产管理联盟2022-07-12 22:51:28

泵装置的概念

泵装置是指从泵组的吸入管道进口到吐出管道出口之间的,由管道,阀门(或拍门),弯头等组成的系统。


泵装置的特性





容积式泵包括螺杆泵、齿轮泵、往复泵等,它的主要性能参数如下:

(1) 转速(n)-----泵每分钟的转数。(r/min)

(2) 压力(P)-----泵排出最高工作压力。(MPa)

(3) 流量(Q)-----泵在单位时间内排出的液体数量。(l/m,m3/h)

(4) 轴功率------原动机传给泵轴上的功率,即泵的输入功率单位为kW

(5) 效率(η)----泵的输出功率与输入功率之比,一般用%表示。

(6) 往复次数----对往复泵而言、活塞每分钟往复次数。

常用水泵的结构及工作原理

叶片泵结构的基本组成部分及其作用



 
其它辅助部件

底座作用:方便泵组安装;

联轴器罩作用:保障安全;

小配管作用:起润滑和冷却作用的水管、油管系统。


水泵的安装、运行、维护要领

(1)对进水管的要求

A、长度尽量短,在泵入口前要有一段直管,长度约为泵吸入口直径的4倍。

B、要便于排气,如采用偏心大小头、吸入管路稍前倾等措施。

C、吸入口的淹没深度>1.5D0(D0:吸入管径),吸入口离地底距离对一般中小泵而言,C≥D0


(2)对吐出口布置要求

A、吐出管内有压力水,吐出管路在压力水作用下会有拉伸,因此泵出口管路要有伸长的余地(如采用L型拐管),不能将管路伸长的力压向泵座。

B、吐出管路上如果采用了轮胎节之类的伸缩节部件,在管路安装好之后,伸缩节两端法兰一定要用长螺杆将其刚性联接。最好是将伸缩节安装在吐出阀门之外。


对安装基础的要求:总的来说,泵安装基础(包括水泥基础和垫板、支座等)要有足够的刚度和稳定性,否则容易引发机组振动超差问题。基础的自重要求:驱动机为电动机时,基础的自重要大于机械设备重量的3倍以上;驱动机为发动机时,基础的自重要大于设备重量的5倍以上。对于新建的大型水泵房,泵房基础有一个沉降过程,所以要特别注意泵房的不均匀沉降对泵机组的影响。

泵安装标高的确定:泵安装高度(相对于吸入水池水面的高度)必需依据可能运行的最大汽蚀余量值(NPSHr)来确定,并要考虑足够的余量。

机泵两轴对中要求:安装时通过机泵两联轴器来校核机泵两轴的对中性,一般两联轴器彼此打径向跳动时,要求跳动值及端面平行度在0.05-0.06mm以内。

对立式长轴泵而言,要特别注意吐出口与吐出管路的联接,总的要求:泵吐出口与管道连接时,不能使泵筒体受到任何干扰(推或拉的干扰),为此一般在泵吐出口与管道之间,装有一个活动法兰的伸缩节。同时要注意,伸缩节安装好之后,一定要刚性联接,不能让其再有伸缩余地。

一般注意事项不多说,只提一下容易引发运行故障的注意事项。

1、机泵两联轴器联接之前,一定要检查电机的旋转方向是否符合泵的转向要求,对于大型机组,还要检查电机空载时的振动值。

2、滚动轴承室的润滑油或润滑脂要适量。润滑的油位不能超过油标规定,润滑脂的填充量以占轴承室1/3空腔为宜。过量易引起轴承发热 。

3、按说明书要求闭阀或开阀启动,运行时吐出阀门开度当然最好是全开,但有时由于泵扬程选型过高,吐出阀全开时容易引起汽蚀、振动或超功率等故障,此时阀门开度要注意使出口压力表读数基本符合泵设计扬程的要求。

4、要例行记录泵的运行压力、运行电流、轴承温度、振动数值等运行数据,并注意这些数据的前后稳定性,因为这些数据的产生变化很可能反映泵运行出现了故障。

5、对于有外接润滑水和冷却水的机组,启动之前要先行通水。

维护保养要领:

1、处于寒冷地区的泵站,停车之后,一定要将泵内的水放干,以免泵内的水结冰而将泵冻裂。

2、轴承腔室中的润滑油(脂)要按使用说明书要求定期更换或添加 。

3、水泵检修时,有装配间隙值要求的易损件(如叶轮与密封环、导轴承与轴套、叶轮与叶轮室、填料轴套),当其间隙值(随公称直径大小变化,间隙值要求也不同)超过规定的上限值时,要及时更换或修复。

水泵常见故障处理措施

1、水泵扬程过高引发的运行故障:

设计院在做水泵选型时,泵的扬程首先是通过理论计算确定的,往往有些保守,致使新选泵的扬程高于实际装置所要求的扬程,从而导致泵偏工况运行。由于偏工况运行,会造成如下一些运行故障:

(1)电机超功率(电流),常常出现在离心泵上 。

(2)泵发生汽蚀现象,并发生振动和噪音,出口压力指针频繁摆动。由于汽蚀发生,还导致叶轮汽蚀破坏,运行流量下降。

处理措施:分析泵运行数据,重新确定装置要求的实际扬程,调整(降低)泵的扬程.最简单的方法是切削叶轮外径;如切削叶轮不足以满足扬程降低值的要求,可更换新设计的叶轮;还可将电机做降低转速的改造以降低泵扬程。

2、滚动轴承部件温升超标

国产滚动轴承允许的最高温度不超过80℃,进口轴承如SKF轴承,允许的最高温度可达到110℃。平时运行检查时,都以手摸触感来判断轴承是否发热,这是不规范的判断。

引起轴承部件温度过高的常见原因有下列几点:

1)润滑油(脂)过多 ;

2)机泵两轴不对中,使轴承受到额外的负载;

3)零部件加工误差,特别是轴承体与泵座相配合的端面垂直度超差,也会使轴承受到额外的干扰力而发热;

4)泵体受到吐出管道的推拉干扰,从而破坏了机泵两轴的同心度,也会使轴承发热;

5)轴承润滑不良或润滑油脂中含有泥砂或铁屑,也会使轴承发热;

6)轴承容量不足,这是泵设计选择的问题,成熟产品一般不存在这一问题。

3、泵发生汽蚀现象,导致振动噪音增大和叶轮破坏:

泵发生汽蚀现象的实质原因是泵装置汽蚀余量(以NPSHa表示)小于泵必需汽蚀余量(以NPSHr表示)而造成的 。

泵装置汽蚀余量NPSHa的值是由装置确定的,它与当地大气压Pa,输送介质的汽化压力Pv,泵汽蚀基准线离吸入液面的几何高度Hg,吸入管路的阻力损失hw有关,具体的计算公式为:


hw——泵吸入管路的阻力损失,一般为0.3-0.5m

当装置确定之后,而且吸入水位恒定的情况下,NPSHa值为一个恒定值。

泵必需汽蚀余量NPSHr值是通过泵试验确定的,一般只做三个流量点(即规定范围内的三个流量点:小流量点、设计流量点、大流量点)的试验,而且三个流量点的NPSHr值不一样,正常情况下,设计流量点的NPSHr值最小,其他流量点特别是大流量点的NPSHr值要增大。超出大流量点以外的NPSHr值一般那都急剧增大,无法预料。

设计院确定泵的安装高度,装置汽蚀余量NPSHa值要满足泵使用范围内最大必需汽蚀余量NPSHr值的要求。但是为什么还会发生汽蚀现象呢?其原因有以下几点:泵偏工况运行造成汽蚀的发生:由于选型误差,使泵的运行工况点不在泵的规定范围内,而是偏在大流量区域运行。由于大流量点的NPSHr值无法预料的之大,造成NPSHa<NPSHRr而发生汽蚀;由于制造误差,泵的实际必需汽蚀余量大于样本上的规定值,从而使NPSHr>NPSHa值而发生汽蚀。

处理措施:针对以上所述造成汽蚀的三个原因,相应的采取以下三种解决措施:

1)调整泵的性能(一般是降低扬程值),使泵的运行工况点回到规定的流量范围内运行;

2)检查并清理吸入管内的杂物;

3)将泵返回制造厂做汽蚀试验,核实泵的汽蚀余量值是否达到样本规定值;

3、振动超差

简单介绍泵的振动测量与评价方法标准JB/T8097-99。

1)该标准确定了各类泵振动的测量的测点位置和测量方向;

对于卧式中开泵,两个主测点定在两端轴承座上方,一个辅助测点定在联轴器侧下方的底座上,见图示(中开泵振动测点示意图)。

对于单基础立式长轴泵,主测点在电机支座上法兰处,辅助测点在安装底座和吐出口法兰上方,见图示(立式长轴泵振量测点示意图);

2、泵振动超差的原因:

引起泵振动超差的原因有很多因素,总的来说,可归纳以下一些因素:

1)泵选型不当

泵选型不当使泵偏工况运行(运行流量大于最大规定流量或小于最小规定流量都属偏工况运行),从而或引发汽蚀而振动,或处于拐点(对于混流泵和轴流泵而言)运行而振动;

2)泵安装质量因素

安装时基础找平、转子对中未达规范要求,都可能引发泵振动超差;立式泵的配套电机的油隙气隙调整不当也可能使振动超差;

3)泵制造质量因素

由于泵制造质量原因引起泵振动超差最主要的一点是叶轮的平衡质量 。

4)管路系统配置因素

管路系统配置方面容易引发振动超差的失误之处是泵吐出管路上配置柔性伸缩节时,未将伸缩节最终予以刚性联接,造成管道及泵座位移,破坏机泵对中性,从而使振动超差。

对于吐出压力较高的泵装置,吐出管路上如果装备能调整轴向长度的伸缩节(包括轮胎节),调整安装之后,一定要用长螺杆将伸缩节两端法兰刚性联接,使其不能再自由伸缩。

5)土建因素

土建因素主要是泵的水泥基础的刚度与稳定性两方面。对于立式长轴泵,泵的水泥基础为井字形水泥框架,要求有足够的承载刚度,否则易使泵振动超差。另外,新建的大型泵房,初期有一个沉降过程,如果过早地安装水泵,泵房不均匀沉降后会使原来找平的泵基础其水平度不符合要求。这些情况都可能加剧泵的振动。

振动问题的处理措施:因为引起振动超差的原因很多,所以到振动问题,要找出其原因有一个过程。要从诸多因素中逐个逐个地排除一些因素,最终确定一个或二个主因,再采取相应的解决措施。

典型故障案例分析

案例I:循环泵汽蚀破坏

某电厂3#机组(25MW)配用二台双吸中开泵作循环冷却泵,泵的铭牌参数为:

Q=3240m3/h,H=32m,n=960r/m

Pa=317.5kW,Hs=2.9m(即NPSHr=7.4m)

泵装置为一次循环供水,取水口和排出口均在同一水面上。开车运行不到两个月,泵叶轮被汽蚀破坏穿孔。

处理过程:首先作现场调查,发现泵的出口压力仅0.1MPa,而且指针剧烈摆动,并伴有爆破汽蚀响声。作为水泵专业人员,第一印象就知道这是由于偏工况运行而造成汽蚀发生。因为泵的设计扬程为32m,反映在吐出压力表上,读数应字0.3MPa左右。而现场压力表读数只有0.1MPa,显然泵的运行扬程只有10m左右,即泵的运行工况远离Q=3240m3/h,H=32m的规定工况点,此点的泵必需汽蚀余量已无法预料的增大。必然发生汽蚀。

其次作现场调试,让用户直觉认知是泵选型扬程过失,为了使泵消除汽蚀,必须使泵的运行工况回到Q=3240m3/h,H=32m的规定工况附近。方法就是关校出口阀门。用户对关小阀门非常担心,他们认为现在全开阀门运行,流量尚不充分,致使冷凝器进出温差达33℃(若流量充足,正常进出温差应在11℃以下),若再关小出口阀,泵的流量岂不更小。为了使电厂操作人员放心,要他们布置有关人员分头观察冷凝器的真空度、发电出力数、凝器出水温度等对流量变化反映敏感的数据,泵厂人员则在泵房逐步关小泵出口阀。出口压力随着阀门开度的减小而逐步上升,当上升至0.28MPa时,泵的汽蚀响声完全消除,凝器真空度也从650汞柱上升到700汞柱,凝器的进出温差下降到11℃以下。这些都说明,运行工况回到规定点之后,泵汽蚀现象即可消除,泵的流量恢复正常(泵偏工况发生汽蚀后,流量、扬程都要下降)。但此时阀门开度只有10%左右,若长此运行,阀门也容易损坏,同时耗能不经济。

解决办法:由于原泵扬程有32m,而新需扬程仅12m,因为扬程相差太远,切割叶轮降低扬程的简单办法已不可行。于是提出电机降速(960r/m降至740r/m)改造,泵叶轮重新设计的方案。此方案后来实践表明,彻底解决了问题,不仅解决了汽蚀问题,还大大地降低了能耗。

本案问题的关键是泵选型扬程过高造成的。

案例Ⅱ:循环水泵位移和断轴事故分析

该工程共有6台24寸型循环水泵,露天安装,泵的铭牌参数为:

Q=3000m3/h,H=70m

N=960r/m(实际转速达990r/m)

配套电机功率800kW

泵轴承为SKF球轴承。脂润滑。从动端轴承向固定,承受残余轴向推力;主动端轴承外圈轴向留有游动间隙。


泵装置如上图所示

橡胶伸缩节两端法兰分别与管道连接,两端法兰本身未用长螺栓刚性连接。

泵安装好之后,开始逐台调试,调试中出现下列情况:

1)泵座和吐出管道水泥固定支墩均发生位移,位移方向如装置示意图所示:泵向右移,固定支墩向左移,有几台泵支墩水泥座因位移出现崩裂

2)压力表读数在开阀之前达0.8MPa,部分开阀之后为0.65MPa左右,电动蝶阀开度约15%。轴承部位温升、振动幅度都正常 。

3)停泵之后检查联轴器的对中情况,发现机泵两联轴器左右错位较大,据安装人员检查,错位最严重的为1#泵(错位1.6mm),5#泵(错开3mm)、6#泵(错开2mm),其他泵也有数十丝的错位。

4)调整对中后,重新开车时,用户和安装公司用百分表测量泵脚的位移量,最大的达0.37mm,停泵后有回弹,但泵脚部位不能复原。

断轴事故发生在5#泵上。5#泵断轴之前,断续运行3-4次,累计运行约60小时左右。最后一次开车后,运行至次日晚上发生断轴。断轴部位在主动端轴承定位轴肩退刀槽处,断面与轴中心略为倾斜 。

对事故原因的分析意见:断轴事故发生在5#泵上,可能有轴本身质量问题,也有外部因素的问题。

1)5#泵发生断轴,不排除5#泵轴存在质量问题,这些问题可能轴料本身有缺陷,也可能与5#泵轴退刀槽加工圆弧不规范导致应力集中,这是断轴原因的个性问题。

2)5#泵断轴与外力作用使泵产生位移有关。在外力作用下 5#泵联轴器左右错位最大。这个外力的产生是由于吐出管上的水压力作用下产生的张力(这个张力F当P2=0.7MPa时:

F=0.7×10.2×(πd2)÷4=0.7×10.2×(π×802)÷4=35.9T,当闭阀运行时,P2=0.8MPa,此时F=0.8×10.2×(π×802)÷4=41T),这么大的拉力靠橡胶管壁刚度根本承受不住,必然向左右延伸,这样力向右传递到泵上,使其产生位移,向左传递到水泥支墩,使其推裂,如果支墩较坚固、不垮,则泵向右的位移就更大。事实表明,5#泵的水泥支墩未推裂,则5#泵的位移就更大,所以停后,5#泵的联轴器左右错位就最大。

3)因橡胶管壁的刚度不能承受巨大水推力而轴向拉长,使泵吐出口承受巨大外推力(泵的进出法兰不能承受管道外力作用),致使泵体位移,导致联轴器错位、机泵两轴不同心运行,这是导致5#泵断轴的外部因素。

解决方法:将轮胎节用长螺杆刚性联接,并让吐出管路能自由伸展,位移和断轴问题而不再发生。

泵电机的选择

电机的选择要根据使用环境条件来确定

(1) 室内和室外安装--选择确定是用室内安装电机还是户外型电机

(2) 电机的防护等级选择

使用环境好的,选用IP23防护等级

使用环境有粉尘或水滴情况下,选用IP44或IP54电机

(3) 电机电压选择----根据配电系统,有380V、6000V和10000V

一般大型电机都是6kV和10kV

小型电机一般是380V

电机绝缘等级---普通电机用B级绝缘,要求高的用F级绝缘

(1) 电机功率的选择

泵制造厂根据泵的使用轴功率的大小,都确定了电机的额定功率。

电机额定功率和泵轴功率之比一般为1.1~1.2之间

小型电机一般选1.15~1.2;

大型电机(大于400kW以上)一般选1.07~1.15

由于电机功率分档不可能很细,这些配套电机功率大于1.15或1.2的情况也会出现。

其他应注意的技术问题


    泵效率值是只要达到国家标准就行,不是效率值越高越好,有些厂家报出的效率值有时候是难以达到的。

对于用户而言,选用较低转速的泵,会使运行更平稳,振动、噪音也相对低,泵汽蚀性能会更好,所以选用较低转速的泵,对运行有好处。

   但是对于投标者而言,由于选择较低转速的泵,将会增加泵和电机的造价,影响竟争力,所以凡能用较高转速的来满足标书性能要求时,会尽量采用较高速度的泵。

    由于建筑内水泵种类繁多,经常出现了施工单位安装的水泵型号与设计不符的情况,物业承接查验时一定要核对设计图纸

   案例1、某大厦地下室有50多个集水井,每个集水井配置两台潜水泵,而施工单位将水泵胡乱安装,导致水泵功率和控制电箱不配套。

  案例2、某大厦空调冷却水泵和冷冻水泵安装型号调错,导致冷冻水泵长期处于过流运行状态,数年以后水泵烧毁才发现。将水泵调位以后解除了过流故障。


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