技術(shù)支持
水泵調(diào)速系統(tǒng)的故障原因及處理技術(shù)分析
2011-05-24
鍋爐給水泵一般都帶有調(diào)速裝置，如液力聯(lián)軸器等，作用是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的變化調(diào)整給水泵的流量，減少節(jié)流損失，從而節(jié)約能源。
液力聯(lián)軸器調(diào)速給水泵（以下簡稱液調(diào)泵）運(yùn)行時(shí)，應(yīng)能投入自動(dòng)調(diào)節(jié)，以減少運(yùn)行人員的操作，其調(diào)速范圍應(yīng)達(dá)到25%~100%。但有些液調(diào)泵存在轉(zhuǎn)速變化率大，從而引發(fā)流量大幅度波動(dòng)，可能導(dǎo)致斷軸事故的發(fā)生。
某電廠給水泵由前置泵、主給水泵、液力聯(lián)軸器及增速齒輪組成。前置泵由電動(dòng)機(jī)主軸拖動(dòng)，主給水泵由電動(dòng)機(jī)通過增速齒輪、液力聯(lián)軸器拖動(dòng)。前置泵型號(hào)為QG50080，主給水泵型號(hào)為DG480180，液力聯(lián)軸器型號(hào)為C046，為上海電力修造廠產(chǎn)品。
1、故障情況
該液調(diào)泵在一次檢修后投運(yùn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)特性變差。投自動(dòng)時(shí)，存在流量波動(dòng)大，有時(shí)達(dá)到80t/h左右，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。為分析這一問題，把正常泵的控制系統(tǒng)切換至故障泵，出現(xiàn)相同的故障問題，由此基本上排除了熱工控制方面的原因。
2、給水泵液力聯(lián)軸器的調(diào)節(jié)
上世紀(jì)90年代，液力聯(lián)軸器在國內(nèi)得到了迅速發(fā)展，解決了定速給水泵的節(jié)流調(diào)節(jié)問題，有效地節(jié)約了廠用電。
液力聯(lián)軸器的調(diào)節(jié)是通過勺管調(diào)節(jié)渦輪的泄油量來調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。流量Q變化與轉(zhuǎn)速n成正比。
根據(jù)泵的特性曲線，可以作出一條流量的相對(duì)值g與勺管的相對(duì)角位移L的曲線。
g=G/Gmax（1）
式中:G為泵的輸出流量，t/h;Gmax為泵的輸出流量，t/h。
μ=α/αmax（2）
式中:A為勺管的角位移;Amax為勺管的角位移。
K=dg/dμ=αmax/Gmax·dG/dα（3）
K為曲線的斜率，即為放大系數(shù)或調(diào)節(jié)特性系數(shù)。
在理想狀態(tài)下K=1，即傾角為45b，液力聯(lián)軸器在轉(zhuǎn)速調(diào)整過程中，流量變化平穩(wěn)，不會(huì)引起調(diào)節(jié)量與流量之間的不匹配。
K《1時(shí)，流量變化遲緩，不利于跟蹤負(fù)荷調(diào)整的需要。
K》1時(shí)，流量變化過快，易引起流量上下大幅度波動(dòng)，導(dǎo)致汽包水位不穩(wěn)，水泵調(diào)節(jié)頻繁，可能造成泵軸斷裂。
3、液調(diào)泵的性能試驗(yàn)
為查找故障原因，對(duì)該泵進(jìn)行了特性試驗(yàn)，采用常規(guī)試驗(yàn)方法。試驗(yàn)前校核了相關(guān)表計(jì)。
試驗(yàn)時(shí)，各工況負(fù)荷見表1。通過液調(diào)泵提升壓力后的給水盡可能通過流量孔板，以減少試驗(yàn)誤差。各減溫水盡量少用，并給予相應(yīng)修正。在此基礎(chǔ)上抄錄相關(guān)數(shù)據(jù)。
4、故障分析
試驗(yàn)時(shí)，手動(dòng)操作勺管，流量沒有波動(dòng)，電流穩(wěn)定，平衡壓力正常，說明泵軸不存在竄動(dòng)現(xiàn)象。電動(dòng)機(jī)工作正常，液力聯(lián)軸器在各負(fù)荷點(diǎn)能正常運(yùn)行。根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要，每當(dāng)操作手操器時(shí)，流量都發(fā)生了很大的變化，要控制在要求流量下，比較困難。勺管行程從61mm變化到71mm時(shí)，流量從284t/h變化到430t/h。從圖1看出，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的線性較好但是曲線較陡，開度每變化1%，流量變化11.23t/h給水泵流量的大小，決定于給水泵的轉(zhuǎn)速。泵軸安裝于液力聯(lián)軸器的渦輪上，而渦輪的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于勺管的回油量。如果單位行程內(nèi)的回油變化量過大，將嚴(yán)重影響給水泵流量的穩(wěn)定。為此，應(yīng)減小勺管回油量的變化率。
4.1放大系數(shù)K
勺管的行程為110mm，流量為440t/h根據(jù)表1，流量從284t/h變化到430t/h，行程從61mm變化到71mm。
K=dg/dμ=αmax/Gmax·dG/dα=（110/440）·[（430-284）/（71-61）]=3.65
則曲線的傾角為74.7b，說明曲線較陡，這是引起液力聯(lián)軸器調(diào)速性能不穩(wěn)的主要原因。要改善液力聯(lián)軸器調(diào)節(jié)性能，就要解決好勺管回油量的變化量，使得在相同開度變化量的條件下，回油量減小。
4.2凸輪
把拆除的老凸輪重新安裝，投運(yùn)后，發(fā)現(xiàn)對(duì)液力聯(lián)軸器調(diào)節(jié)性能的改善作用不明顯。為此，在加上凸輪同時(shí)，改變凸輪型線，使之適應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要。即在50%負(fù)荷以下，使凸輪型線較陡;在負(fù)荷經(jīng)常調(diào)節(jié)的區(qū)間，凸輪型線較為平坦;其余負(fù)荷區(qū)間的型線也較陡。
4.3減小齒條與齒輪傳動(dòng)比
液力聯(lián)軸器調(diào)節(jié)時(shí)，凸輪帶動(dòng)齒條上下運(yùn)動(dòng)，齒條再帶動(dòng)齒輪，齒輪繼而帶動(dòng)扇形齒輪，從而引起勺管開度的變化，調(diào)節(jié)給水流量。勺管的調(diào)節(jié)是通過扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)的，齒條傳動(dòng)與扇形齒輪同軸的齒輪。減小齒條與齒輪傳動(dòng)比，即增大齒輪直徑，延長齒條長度，保證勺管的開足與關(guān)嚴(yán)。減小了齒條與齒輪傳動(dòng)比，即同樣行程的凸輪，扇形齒輪的開度變小，勺管的回油調(diào)節(jié)量變小，從而減小了給水流量的波動(dòng)。
5、處理方式及結(jié)果
根據(jù)以上分析，采取了相應(yīng)的措施。首先考慮增加凸輪，如果增加凸輪無效，則考慮采用電腦調(diào)節(jié)等措施。增加凸輪的難度相對(duì)較小，易于實(shí)現(xiàn)，并對(duì)凸輪的型線進(jìn)行了改進(jìn)。根據(jù)機(jī)組正常運(yùn)行的負(fù)荷區(qū)間，考慮在50%負(fù)荷以下，凸輪的型線較陡;在50%~100%負(fù)荷下，相應(yīng)的型線較為平坦。在低負(fù)荷時(shí)或開機(jī)過程中，由于需要開啟給水泵再循環(huán)閥，水泵也可以維持較高的流量。增加凸輪并改進(jìn)型線后的流量及相關(guān)參數(shù)見表2。
恢復(fù)原凸輪后對(duì)勺管本身無多大影響，勺管行程在（60~70）mm處，斜率仍為3.45。根據(jù)表2，通過凸輪型線改進(jìn)后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)（包括手操器）的斜率為100/440·[（416-274）/（71-48）]=1.4，傾角為540，傾角大幅度降低，基本滿足了負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要，機(jī)組通過上述改造后運(yùn)行正常。
液力聯(lián)軸器一般都帶有凸輪，有時(shí)為了防止凸輪卡澀而取消了凸輪，由于對(duì)勺管的調(diào)節(jié)特性認(rèn)識(shí)不清，投運(yùn)前對(duì)調(diào)速系統(tǒng)又未做靜態(tài)、動(dòng)態(tài)流量特性曲線試驗(yàn)，投運(yùn)后就可能出現(xiàn)調(diào)節(jié)性能不好，還可能造成泵軸發(fā)生疲勞斷裂。一旦發(fā)現(xiàn)給水泵流量波動(dòng)大，就要及時(shí)找出故障原因，采取相應(yīng)的防范措施。
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