浅谈机泵故障与电机输出电流变化的关系论文_王立华

（国家能源集团宁夏煤业煤制油化工安装检修分公司 宁夏银川 750411）

摘要：机电设备的运行电流应为额定电流的80%-90%范围内，不应有较大变化，不稳定的电流对电机的正常运行有很大的安全隐患，电流的变化常常能够反映出泵内故障，本文总结化工厂典型机泵故障时，输出电流的变化规律，为机泵故障的初步判断提供参考。

关键词：电流 故障

1、概述

离心泵启动前必须使泵壳和吸水管充满水，然后启动电机使泵轴带动叶轮做高速旋转运动，水在离心力的作用下，经泵壳的流道流入水泵的压水管路。时常泵运行时检测到电流非常不稳定，大于或小于额定电流，一般有两种原因，一种是供电线路和附属控制设备不正常，如减压启动设备、自动控制设备、变频恒压控制设备故障等。另一种是由机械故障引起，如电机故障、机泵管道部分和泵体故障等，本文从第二种因素出发，分析引起电流变化的常见机械故障。

影响电流的关联物理参数及相关公式：

公式一：电机功率P=I×U×功率因数

由公式一可以看出，在电压不变的情况下，电机功率决定电流大小，因此研究电流的变化状态可以从功率为切入点。因输出功率=泵轴功率+损失功率，当输出功率＞额定功率时，电机电流大于额定电流，当电机功率小于额定功率时，电流低于额定电流。

公式二：泵轴功率=扬程×流量×流体的重度÷102(功率转换系数)÷泵的效率。由公式二可知泵轴功率与泵扬程、流量的乘积成正比例关系，即扬程、流量乘积越大，功率越大，乘积越小，功率越小，泵特性曲线如图1。

(1) H-Q线表示压头和流量的关系；

(2) N-Q线表示泵轴功率和流量的关系；

(3) η-Q线　表示泵的效率和流量的关系

图1

2、离心泵常见故障与电流变化的关系

为了研究几种常见故障对泵特性曲线和电流的影响规律，现对泵故障特性进行实验模拟。实验以IS80-65-160离心泵为载体，主要参数：流量Q=50 m3/h，扬程H=32 m，转速n=2 900 r/min，效率70%，额定功率P=8KW，额定电流I=22A，进口直径D1=80 mm，叶轮外径D2=168 mm，叶片数为4，叶轮口环间隙长度I=15 mm、间隙宽度b=0.5 mm。通过软件模拟和实验操作两种方式，改变泵运行的参数，经多组数据对比，得出电流特性曲线变化规律和实际应用变化。

2.1口环磨损，间隙变大

机械能转化成液体能量的过程中不可避免的引起容积损失，造成能量浪费，其中口环的磨损对泵的容积损失往往产生直接作用。

图2

为了验证数值模拟结果的准确性，采用商用Fluent软件，建立离心泵全流体域计算模型，计算模型如图2所示。计算模型主要包括进水管、出水管、叶轮、蜗壳、前后泵腔6个部分，采用数值模拟的方法。

保持泵入口压力不变，分析三种口环间隙对泵的扬程和流量的影响，即在不同口环间隙时计算扬程和流量与样机试验值进行对比，分析不同口环间隙下离心泵的特性。样机口环间隙为0.5 mm，数值计算模型的口环间隙b分别为0.2mm和0.8mm。扬程和流量试验值和模拟值的结果如图3所示。由图可知，口环间隙的变化改变了离心泵的H-Q特性曲线，不同口环间隙下的模拟值和试验值之间均有不同程度的偏差，口环间隙b=0.2 mm时，相同流量下的扬度增加；口环间隙增大到0.8 mm时，相同流量下扬度减小。即随着泵口环间隙b增加，H-Q曲线程下滑趋势，扬程和流量相较原泵数值均有下降，由公式2推导可知，随着扬程、流量减小，泵轴功率降低，电流低于额定值。

图3

2.2 进口过滤网或管道堵塞

入口堵塞是泵常见的一种故障，为了确保泵内介质清洁，通常在泵入口安装过滤网，当输送介质含较多杂质时，容易造成入口过滤网、管道或阀门堵塞，随着堵塞程度加大，严重影响泵的运行特性，电流也随之发生变化。

实验中通过调节入口阀门以模拟堵塞程度，将泵入口开度分别调节至90%、70%、50%、30%和0%五种情况，与样机试验值对比，得出流量、入口压力、电流的瞬间变化值。实验记录如下：

随着入口阀开度的减小，通流面积减小，入口流量减小，流速加快，入口压力减小，泵入口压力下降，因离心泵的总扬程等于泵出口总水头和入口总水头的代数差,现忽略泵入口和出口处的动能和位能对扬程的影响,则泵的总扬程等于泵出口和入口处的静压头之差，所以泵的扬程升高，随着入口阀门继续关小，出口流量和电流发生波动，且均表现为下降趋势，入口压力低于汽蚀余量额定值时，泵就发生汽蚀，引起泵的振动和噪音。当入口完全关闭，泵进入抽真空状态，电流下降显著。

2.3联轴器对中偏差太大，主轴弯曲

联轴器在工作中主要传递扭矩，同时作为一种安全装置来防止被联接的泵承受过大的载荷，起到过载保护的作用，补偿水泵与电机的相互位移。当联轴器对中不好，工作中联轴器对功率输出轴产生了附加弯矩，因而泵损失功率增大，由于输出功率=轴功率+损失功率，当损失功率加大时，电机输出功率也随之增加，电流增加，超过电机额定电流。泵轴发生弯曲时，同联轴器对中不良同理，产生附加弯矩，造成电机输出功率增大，导致电机超电流。

3、总结

检查并排除泵运行故障对消除电流波动可能起到良好作用，而电流变化规律对判断和排除故障又具有很大的参考意义。为了弄清机泵内部发生故障时，电流的变化规律，本文从泵的三种常见故障入手，分析电流变化的情况，探索变化原因，为机泵故障的初步判断提供参考。

参考文献

[1]《叶轮口环结构对离心泵性能及流场的影响 》——牟介刚、代东顺、谷云庆 中南大学学报 2017年 第48卷第6期

[2]《浆液循环泵运行电流影响因素分析》——周伟强、王昌奎、李春雷 中国新技术新产品 2011年 NO.15

论文作者:王立华

论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期

论文发表时间:2020/3/16

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