孫　毅　張　暉

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

立式水泵應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，時(shí)常出現(xiàn)由局部性檢修升級(jí)為解體大修的情形。本文從實(shí)踐出發(fā)，結(jié)合多年安裝檢修與運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整檢修工序，在較短時(shí)間內(nèi)完成了電機(jī)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(chǔ)。

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(jī)組具有占地面積小、技術(shù)成熟、可靠性高、工況調(diào)節(jié)性能優(yōu)、導(dǎo)軸承荷載小以及電機(jī)運(yùn)行環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大型水利工程、跨流域調(diào)水工程、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供排水系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)用水及能源領(lǐng)域[1]。但立式水泵機(jī)組對(duì)設(shè)計(jì)、制造以及安裝水平要求均很高，并且檢修工藝復(fù)雜，根據(jù)檢修內(nèi)容的不同，可分為局部性檢修、解體大修和擴(kuò)大性大修[2]，由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)限制，部分局部性檢修可能會(huì)升級(jí)為解體大修，甚至擴(kuò)大性大修，勢(shì)必額外耗費(fèi)大量的人力、物力與時(shí)間，在如何避免檢修升級(jí)的問(wèn)題上，目前成功經(jīng)驗(yàn)較少。本文通過(guò)一次成功的搶修實(shí)例，研究立式水泵機(jī)組的維修方法，盡可能減少裝配和調(diào)整工序，且保證機(jī)組檢修質(zhì)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(diào)節(jié)軸流泵，配套TL1000-24/2150立式同步電動(dòng)機(jī)，采用直聯(lián)傳動(dòng)(如圖1所示)，電機(jī)主要由上機(jī)架、下機(jī)架、定子、轉(zhuǎn)子、推力軸承、導(dǎo)軸承等部件組成。水泵主要由葉輪、主軸、導(dǎo)軸承、主軸密封、葉輪室、導(dǎo)葉體、導(dǎo)葉帽、出水彎管、出水伸縮節(jié)與基礎(chǔ)件等部件組成。

圖1　水泵機(jī)組結(jié)構(gòu)

2014年江蘇北部很多地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱，江都站全部投入運(yùn)行，該泵站5號(hào)主電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中上油槽油位上升，初步判斷由于電機(jī)上油槽油冷卻器發(fā)生泄漏，造成透平油乳化，經(jīng)過(guò)化驗(yàn)證實(shí)油內(nèi)含水，基本判定是油冷卻器出現(xiàn)滲漏，當(dāng)時(shí)工程運(yùn)行事關(guān)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)立即對(duì)電動(dòng)機(jī)開展搶修。

2　檢修方案的分析與確定

2.1檢修對(duì)象的分析

在確定檢修方案前，應(yīng)全面了解整個(gè)機(jī)組的結(jié)構(gòu)、特性、安裝改造記錄、運(yùn)行工況以及所在的外界環(huán)境，包括機(jī)組的運(yùn)行工況、廠房不均勻沉陷以及機(jī)組底板水平的變化等[3]。

a.機(jī)組的檢修、改造情況。該機(jī)組自1998年改造以來(lái)，分別于2005年、2013年已完成了兩次定期預(yù)防性解體大修，安裝技術(shù)參數(shù)均符合規(guī)范要求，且無(wú)技術(shù)更新改造項(xiàng)目。

b.機(jī)組的運(yùn)行工況。該機(jī)組在停機(jī)前運(yùn)行狀態(tài)良好，各溫度均顯示正常，與鄰近機(jī)組運(yùn)行情況近似，相關(guān)運(yùn)行技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所列，無(wú)異常振動(dòng)、響聲及其他異常狀況。

c. 廠房的沉陷情況。由于各泵站產(chǎn)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(shí)開始觀測(cè)，其沉陷已相當(dāng)穩(wěn)定，期間也未出現(xiàn)類似高烈度地震的惡劣地質(zhì)災(zāi)害，總的河床變化趨勢(shì)是沖刷大于淤積，但并不影響河床穩(wěn)定。測(cè)壓管于1965年2月開始觀測(cè)，測(cè)壓管基本靈敏，從過(guò)程線上看，完全符合理論規(guī)律。

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

2.2檢修內(nèi)容與范圍的分析

該電動(dòng)機(jī)上油槽內(nèi)部空間較小，結(jié)構(gòu)如圖2所示，但油冷卻器結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，位于油槽中下部，故需先取出導(dǎo)軸承與導(dǎo)瓦架，才能吊出油冷卻器，完成檢修。而安裝導(dǎo)軸承時(shí)，則需確定轉(zhuǎn)動(dòng)部分的中心后方可安裝，如此，將勢(shì)必升級(jí)為解體大修。而大型立式水泵機(jī)組解體大修一般包括12道主要工序[4]，如此完成該機(jī)組的搶修一般至少需要6天工期，因此在檢修過(guò)程中，不能完全按照傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)與思路開展拆卸、調(diào)整與安裝工序，在保證安裝質(zhì)量的前提下，盡可能利用安裝技術(shù)要求來(lái)調(diào)整工序，在最短時(shí)間內(nèi)完成油冷卻器的檢修，故將此

表1　5號(hào)機(jī)組停機(jī)前的主要運(yùn)行技術(shù)參數(shù)

次檢修定位于局部性檢修，盡量避免升級(jí)為解體大修。

圖2　電動(dòng)機(jī)上油槽結(jié)構(gòu)

2.3安裝要素的分析

大型立式水泵機(jī)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(wèn)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(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)檢修時(shí)，由于不拆除轉(zhuǎn)動(dòng)部件，水泵部分的同心無(wú)法采用電氣回路法、鋼弦線找正法測(cè)量，此次檢修可通過(guò)測(cè)量電機(jī)空氣間隙與水泵葉輪間隙，來(lái)調(diào)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(jī)組軸線轉(zhuǎn)動(dòng)中心垂直。由于該機(jī)組推力軸承采用剛性支柱式結(jié)構(gòu)，雖然有鎖片的固定，經(jīng)過(guò)幾年時(shí)間的運(yùn)行，各軸瓦難免出現(xiàn)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(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，故該機(jī)組的鏡板水平有可能與原安裝數(shù)據(jù)有所偏差，甚至達(dá)不到安裝要求，而檢修過(guò)程中如果不考慮水平，最終會(huì)影響機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量及壽命，嚴(yán)重時(shí)，機(jī)組甚至不能投入使用[7]，故此次檢修需復(fù)測(cè)鏡板水平。

3)模擬結(jié)果顯示:標(biāo)準(zhǔn)段距離盾構(gòu)井50 m內(nèi)的冠梁軸力呈受拉狀態(tài)，四個(gè)工況下第一道標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)支撐軸力均大于第一道盾構(gòu)井內(nèi)支撐軸力.

c.軸線擺度的確定。立式水泵機(jī)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(diào)整質(zhì)量不好，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)部件會(huì)產(chǎn)生較大的擺動(dòng)幅度，增大所受到的外部不平衡力，加快軸承的磨損，引起機(jī)組非正常振動(dòng)，甚至發(fā)生葉輪碰殼、水導(dǎo)軸承損壞等事故[8]。因此，為確保檢修質(zhì)量，此次需復(fù)測(cè)軸線擺度。

d.轉(zhuǎn)動(dòng)部分中心的確定。安裝轉(zhuǎn)動(dòng)部分必須使其軸線盡可能與機(jī)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(jī)組安裝時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)部分中心必須以水泵水導(dǎo)軸承插口為基準(zhǔn)面來(lái)測(cè)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(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分的相對(duì)位置不變，從而免去測(cè)定中心的步驟，但還需復(fù)測(cè)軸承間隙與葉輪間隙，驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)前面的分析，在此次檢修調(diào)整過(guò)程中，可以充分利用原有的安裝基礎(chǔ)，避免整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的解體與完整安裝工序，通過(guò)測(cè)量調(diào)整部分重要安裝要素即可保證安裝質(zhì)量。要保持原有安裝基準(zhǔn)，主要是解決拆除導(dǎo)瓦架與導(dǎo)軸承后，如何確定轉(zhuǎn)動(dòng)部分中心與電機(jī)導(dǎo)軸承間隙的問(wèn)題，同時(shí)這也是此次檢修的難點(diǎn)。

在大修時(shí)，電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)軸承安裝是在轉(zhuǎn)動(dòng)軸線中心線定好后，空氣間隙測(cè)量驗(yàn)收合格后進(jìn)行調(diào)整確定的，該機(jī)組檢修時(shí)的安裝間隙如表2所列。該機(jī)組經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行，由于各種徑向載荷的作用，轉(zhuǎn)動(dòng)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(shù)均能符合要求，在此，可以考慮保持原有轉(zhuǎn)動(dòng)部分中心的基準(zhǔn)，即利用固定部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分拆除前的相對(duì)位置，主要是推力頭與導(dǎo)軸承現(xiàn)有位置，做好定位措施并保持監(jiān)視，在修復(fù)油冷卻器后，復(fù)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(shí)復(fù)測(cè)空氣間隙與葉輪間隙，解除定位后，復(fù)測(cè)其他主要技術(shù)參數(shù)，確保檢修安裝質(zhì)量。

表2　5號(hào)機(jī)組導(dǎo)軸承安裝間隙　單位：mm

3　檢修的主要過(guò)程

a.在解體導(dǎo)軸承、導(dǎo)瓦架前，針對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在推力頭即電機(jī)上導(dǎo)軸頸與下導(dǎo)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(cè)量表面，調(diào)整讀數(shù)為零，監(jiān)視推力頭的位置，并確保百分表、萬(wàn)向節(jié)及磁性表座不能有任何位移或變動(dòng)。

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

c.測(cè)量導(dǎo)軸承間隙，解體時(shí)的間隙數(shù)據(jù)如表3所列，對(duì)照安裝間隙進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，表明在運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)部件受到各種徑向載荷，停機(jī)時(shí)停留在相對(duì)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(cè)量完畢后，拆除推力頭部位的兩只百分表，由于下導(dǎo)軸頸距離鏡板僅1.2m，可利用下導(dǎo)軸頸的百分表監(jiān)視推力頭的位置。

表3　5號(hào)機(jī)組導(dǎo)軸承解體間隙　單位：mm

d.依次拆除上導(dǎo)瓦、上導(dǎo)瓦架與油冷卻器后，修復(fù)油冷卻器。在修復(fù)過(guò)程中，除補(bǔ)焊滲漏點(diǎn)外，還發(fā)現(xiàn)冷卻器內(nèi)部沉淀了較多泥沙，清理完畢后，檢查各測(cè)溫元件。

e.依次安裝油冷卻器、上導(dǎo)瓦架和上導(dǎo)瓦，并按照解體時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行安裝，復(fù)原拆除前的安裝位置。由于下導(dǎo)瓦依然貼在電機(jī)軸頸，安裝盤車架后，復(fù)測(cè)鏡板水平，偏差在0.02mm/m以內(nèi)，符合規(guī)范要求。

f.測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)軸線擺度，在聯(lián)軸器、電機(jī)上導(dǎo)軸承與水泵下水導(dǎo)軸承處的軸頸分別安裝兩只互成90°方位的百分表，復(fù)測(cè)軸線擺度值，對(duì)照原檢修測(cè)量數(shù)據(jù)，各處相對(duì)擺度值與水導(dǎo)軸承處軸頸絕對(duì)擺度值均符合安裝規(guī)范要求，說(shuō)明轉(zhuǎn)動(dòng)部分軸線擺度符合相關(guān)要求[8]。

g.測(cè)量磁場(chǎng)中心、電機(jī)空氣間隙對(duì)照原始測(cè)量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心與空氣間隙均符合安裝規(guī)范要求，說(shuō)明機(jī)組固定部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分相對(duì)變化較小[9]，同時(shí)也驗(yàn)證了固定部分垂直同心與轉(zhuǎn)動(dòng)部分中心均符合要求。

h.根據(jù)解體時(shí)的數(shù)據(jù)測(cè)量調(diào)整下導(dǎo)瓦間隙，安裝水導(dǎo)軸承符合要求，測(cè)量葉片間隙均勻后，再根據(jù)圖紙與規(guī)程規(guī)范安裝其他部件。

綜合檢修過(guò)程分析，水泵機(jī)組固定部分垂直同心變化很小，基本保持原安裝時(shí)的狀態(tài)不變。因此，在拆卸與安裝過(guò)程中，只要推力頭不發(fā)生移動(dòng)，可以認(rèn)為整個(gè)電機(jī)軸及水泵軸均未發(fā)生偏移，并且確認(rèn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線擺度符合規(guī)范要求，即可保證機(jī)組的檢修安裝數(shù)據(jù)。需要注意的是，在吊裝冷卻器過(guò)程中，需仔細(xì)檢查，不允許碰撞推力頭部位，監(jiān)視百分表的讀數(shù)不可有偏差。修復(fù)冷卻器后，依據(jù)此前測(cè)量的電機(jī)上、下導(dǎo)瓦的間隙，即可裝配電機(jī)上油槽內(nèi)的各零件，并完成水泵與電機(jī)的各部件裝配。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，此次檢修僅用了10h時(shí)間，當(dāng)天完成檢修后即投入運(yùn)行。該機(jī)組檢修后，連續(xù)運(yùn)行274h，當(dāng)年又累積運(yùn)行180d，機(jī)組狀況良好，相關(guān)運(yùn)行技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4，無(wú)異常振動(dòng)，此次安裝檢修質(zhì)量達(dá)到了預(yù)期效果[10]。

表4　5號(hào)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行240h后的主要技術(shù)參數(shù)

4　結(jié)　語(yǔ)

本文介紹的這種檢修方法利用了機(jī)組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，是處理某些設(shè)備故障的一種省時(shí)省力的非常規(guī)方法，并不適用于所有機(jī)組出現(xiàn)的各類故障[11]，若水泵機(jī)組在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了電機(jī)繞組故障、推力瓦燒損、水泵軸頸磨損及葉片氣蝕等問(wèn)題時(shí)，就必須通過(guò)解體大修來(lái)處理[12]。南水北調(diào)東線工程與北京密云調(diào)蓄工程均已正式投入運(yùn)行，同類立式機(jī)組在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)受到各類不確定性因素的影響[13]，難免出現(xiàn)部分設(shè)備損壞的情況，運(yùn)行管理與維修養(yǎng)護(hù)人員應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取適合的方法來(lái)處理相應(yīng)的問(wèn)題，本文通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(chǔ)，隨著檢修管理技術(shù)的更新與發(fā)展，也將帶來(lái)更為顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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