关键词:屏蔽电泵；故障；排除
屏蔽电泵的故障一般分为电气和机械两大部分。电气故障包括各种类型的开关、按钮、熔断器和定、转子绕组及启动装置等。机械故障包括石墨轴承、叶轮、密封环、屏蔽套等。当屏蔽电泵发生故障时,应仔细观察所发生的现象,如压力表的压差值,三相电压及电流值,是否有不正常的响声和振动,是否冒烟及出现焦味等,根据故障现象分析原因,迅速作出判断,找出原因排除故障。
一、电泵通电后,不能启动的原因与排除
1.1控制装置接线错误,接触不良。这时可核对接线图查找错接的线头或接触不良处,加以修复。其中也有一些简单原因,如断路器未合上,或输电电缆断路等。
1.2电网电压过低。这时可通过电压表观察其负载电压,若低于342V则应从变压器分接开关处来调高输出电压。
1.3三相电源有一相断电。电泵属于缺相启动,三相电机不能产生启动转矩,通电后电机只是嗡嗡响而不能启动。这时断路相由电压表可以查得,同时也要检查控制装置及保护装置的工作情况以及各接头处是否接触良好。
1.4定子屏蔽套破裂,液体进入线圈内,绝缘电阻下降,绕组对地击穿。对于这类问题,需送回制造厂进行大修、调换屏蔽套及线圈。
1.5保护电器规格不符。此时只要根据电泵的额定电流配置相应的保护电器即可。
二、屏蔽电泵的结构对汽蚀产生的影响
屏蔽电泵内部结构有转子屏蔽套和定子屏蔽套,基本型屏蔽电泵内流体必须经过两屏蔽套的间隙,为电机绕组提供冷却,为轴承提供润滑。
同时从基本型屏蔽电泵的循环方式来看,由于循环冷却液从泵的出口引出,吸收电机和轴承的热量后温度急剧升高,在经过循环回到泵入口时,由于压力突然降低,也会产生部分汽化。这也是造成泵汽蚀的原因之一。另外,泵的汽蚀现象与泵输送介质的温度也有很大关系。如果屏蔽泵入口介质温度高,出口温度也会相应升高,介质的挥发性就越大,同时饱和蒸汽压也就越高,泵的有效汽蚀余量NPSHa值就会降低;当有效汽蚀余量NPSHa就会小于或等于泵的必须汽蚀余量NPSHr时,则泵开始发生汽蚀现象。由于普通型屏蔽电泵采用内循环的冷却方式,造成冷却液温度比输送介质温度高很多。即使D-501原料罐操作液面在正常操作范围内,由于屏蔽电泵P-501/B的循环冷却液温度高,也存在发生汽蚀甚至是严重汽蚀的现象。
三、电机输入功率过大的原因与排除
3.1电泵的出口阀门全开,电泵超负荷运行。此种现象往往表现在电机的电流增大,压力表的压差(扬程)偏低,而实际流量偏大。对这种故障如不及时解决,势必将缩短电泵的使用寿命。解决的方法是调小出口的阀门,减小其流量,增加扬程,使其达到铬牌上规定的数值。此时电流会随之而变小。
3.2密封环磨损过多。由于叶轮与密封环之间有一一定的间隙要求,间隙过大,液体在泵内的涡流增加,致使水泵的效率降低,电机的电流增加,对此应更换密封环。
3.3电泵的转动部分与静止部分发生碰擦。需进行检查,排除故障。
四、泵不出液体或流量、扬程不够的原因与排除
4.1泵内或进水管内留有空气。要增加进水管的水量,开启放气装置,驱除空气。
4.2系统静压力过小。应增大进口压力,确保进口处的压力。
4.3管路漏气。找出漏气的地方并进行修复。
4.4电泵或管路内有杂物堵塞。检查并清除杂物。
4.5电泵引接线断线或接触不良。检查电源线路,确保接触良好。
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五、改进措施
屏蔽电泵能否发生汽蚀主要由泵本身的因素和吸入装置两方面决定的,由于泵的吸入装置设备已经安装就位,管线特性已经固定,改造成本较高,所以不做考虑。下面重点介绍从屏蔽电泵本身的结构参数、结构型式来提高其抗汽蚀性能的措施。
5.1泵结构参数的改进
5.1.1减小泵的必须汽蚀余量NPSHrNPSHr=λ1·c2O/2g+λ2w2O/2g(m)式中:cO——叶片进口稍前截面上的液体绝对流速,m/s;wO——叶片进口稍前截面上的液体相对流速,m/s;λ1——绝对流速及流动损失引起的压降能头系数,取1.05～1.3;λ2——液体绕流叶片的压降能头系数,取0.2～0.4;改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计,增大叶轮进口和叶片进口的过流面积,可使和减小。适当减小叶片进口的厚度,并使叶片进口接近流线型,可以减小绕流叶轮的加速与压降。减小叶轮和叶片进口部分的表面粗糙度以减小阻力损失。这些措施均可使λ1和λ2有所减小。cO、wO、λ1、λ2的减小,使泵的必须汽蚀余量NPSHr减小,降低汽蚀发生的可能性。
5.1.2采用双吸式叶轮采用双吸式叶轮,让流体从叶轮两侧同时进入叶轮,则进口截面增加一倍,进口流速可减小一倍。计算表明:流体流速减小一倍,则泵吸入口管系阻力降∑H减小四倍,有效汽蚀余量NPSHa反而会增大。
5.1.3叶轮材质的选择叶轮的选择直接影响到泵的扬程、流量、效率等诸多性能参数,所以在使用条件不可能完全避免汽蚀现象发生时,应选用抗汽蚀性能强的材料制造叶轮,以延长其使用寿命。常用的材料有铝铁青铜9-4,不锈钢2Cr13,稀土合金铸铁和高镍铬合金等。材料的强度、硬度、韧性越高,化学稳定性越好,叶轮抗汽蚀的性能就越强。
5.1.4轴承材质的选择通常在屏蔽电动机中,采用的是经浸渍环氧树脂处理的石墨滑动轴承。其性能是具有良好的耐腐蚀性,较高的耐磨性和耐热性,较低的磨擦系数。另在石墨轴承的内孔及端面均有润滑和冷却槽,以便介质对其进行润滑和冷却。石墨轴承与轴承套构成对磨付,轴承套的基体采用lcr18Ni9Ti不锈钢,表面喷焊镍基合金,由此组成较高的耐磨付。但是近年来,随着碳化硅(SiC)材料的出现,越来越多的屏蔽电泵也开始选用碳化硅(SiC)作为制造轴承的材质。碳化硅(SiC)陶瓷作为现代工程陶瓷之一,是一种人工合成的新型无机非金属材料。硬度仅次于金刚石,具有优良的耐化学腐蚀、耐磨、耐高温性能以及机械强度高、自润滑性能好、抗高温蠕变、摩擦系数小、导热系数高、热膨胀系数低等特点,尤以无压烧结碳化硅(SiC)和热压烧结碳化硅(SiC)的性能最佳。碳化硅(SiC)轴承主要应用在介质具有强化学腐蚀性、密度低、易汽化、含有微量细小颗粒等特点的工况下,它能自动补偿径向因温升导致的材质膨胀差异,寿命是普通石墨轴承的10倍以上。大量试验表明碳化硅(SiC)是目前摩擦副中最优秀的材料。
5.2泵结构型式的改进由于普通型屏蔽电泵的结构特点,电机绕组产生的热量与轴承摩擦损失产生的热量使冷却液温度急剧升高,部分冷却液又不断的在泵内循环,易造成汽化现象的发生,直接影响到屏蔽电泵的正常运行。因此可以考虑采用冷却液外部循环型或冷却液逆循环型的屏蔽电泵
5.2.1外循环方式外循环方式:见外循环方式屏蔽电泵结构图。将屏蔽电泵的冷却液引出至泵体外部,先通过换热设备降温后再流经轴承、屏蔽套间隙,换热介质可以采用循环水、海水等,可以及时带走电机绕组产生的热量和轴承摩擦损失产生的热量,使冷却液的温度始终保持较低,避免冷却液汽化。
5.2.2逆循环方式逆循环方式与普通的屏蔽电泵的冷却液流向正好相反,是从屏蔽电泵入口处引一小部分输送液体首先进入前轴承,然后通过定、转子屏蔽套的间隙又进入后轴承,最后带走屏蔽电泵内热量的高温冷却液通过排气排液管回到泵入口前的容器内冷却,以此进行循环。由于泵入口的介质温度较低,用其做为冷却液也可以避免汽化的产生。
六、结束语
以上从电泵故障的七个主要方面,详细分析了各个故障现象的产生原因,找出了制造和使用过程中对应的解决办法。这些方法均来自一线,经多年反复验证,切实可行,是有效提高屏蔽电泵可靠性的好方法。
参考文献:
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[4]魏海飞,戴源生主编.电机技术[M].中国水利水电出版社.2016.
论文作者:周凯
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/12/2
标签：冷却液论文; 屏蔽论文; 电泵论文; 叶轮论文; 轴承论文; 故障论文; 碳化硅论文; 《中国电业》2019年第12期下论文;