大型水泵机组故障特点与原因分析(2)

3、推力瓦烧损原因分析

3. 1、推力瓦荷载率过大

　　推力轴承荷载由转动部件自重、作用于叶的轴向水推力和定子对转子的轴向磁拉力组中。其中,经常发生变化的是作用于叶轮轴向水推力。轴向水推力近似与水泵扬程成正比,在选择设计电机时,若对水泵最大运行扬程估计不足,泵站进出口水位差太大,或进口拦污栅阻水严重,设计选用的推力轴承设计荷载偏小,推力轴承荷载系数大于1. 0. 甚至超过1. 2,就容易造成轴承过载而烧损。(该处3段缩为1段)

3. 2、推力瓦受力不均^[1]

　　由于制造、安装及运行等方面原因,大型泵站常发生电机少数几块推力瓦或瓦面局部区域受力特别大,导致瓦温偏高,甚至烧损。

　　(1)推力瓦安装受力不均匀。电机推力瓦安装采用锤击法升高或降低抗重螺栓,靠手感调整推力瓦受力,随意性和误差较大,容易造成推力瓦静态受力不均。

　　(2)抗重螺栓支承问题。若抗重螺栓支承部位刚度不等,运行后,由于荷载增大,支承刚度小的推力瓦受力小,刚度大的受力大。此外,支承部位脱焊、抗重螺栓松动也会引起推力瓦受力不均。

　　(3)镜板表面不平。镜板单个部件与推力头组装后,由于连接螺栓的拧紧拉力不均匀、绝缘垫与推力头、镜板组合面不平等原因或制造上的缺陷导致镜板表面而不平,造成推力瓦受力不均,受力大的推力瓦周期改变。波浪形镜板还会引起转动部分振摆。

　　(4)瓦面加工精度低。推力瓦瓦面必须进行刮花处理使瓦面产生油膜,改善润滑条件,减小摩擦系数和发热量,对运转有利。但是瓦面加工质量低,瓦面存在凸起区域,该区域受力特别大,可能首先烧损,并依次造成整个瓦及其他瓦的烧损。

　　(5)推力瓦力变形与热变形。安装时,推力瓦研磨刮削成平面。若推力瓦块刚度不够,运行后由于底部抗重螺栓集中力和面部镜板面荷载作用,四周产生较大挠度,中部相对凸起。另一方面,运行时轴瓦温度升高膨胀,瓦面特别是中部温度高于钢坯,并且瓦面轴承合金热线胀系数是底部钢坯的2倍,瓦面膨胀较大,钢坯膨胀较小,结果造成推力瓦变形上凸。推力瓦热变形随转速增大而增大瓦面中部凸起,压力进一步增大,该区域最易磨损、烧熔,对烧损推力瓦的检查结果证明了这一点。导致推力瓦烧损的原因还有润滑油变质、冷却能力不够、辅助系统故障及运行管理操作失误等。

4、电机绝缘老化原因分析

　　负载的变化、环境与机械损伤都会导致绝缘老化^[2] ,这些因素对绝缘性能的影响表现为:

　　(1)热老化。绝缘材料在运行中,因长期受热会产生各种物理和化学变化,如挥发、裂解、起层、龟裂等,导致材料变质而老化。此外,电机反复起动,使绝缘结构反复受到热循环的作用,线圈绝缘也反复受到机械变形而疲劳破坏。冷却方式的选择和冷却能力的大小都直接影响着电机的散热能力,影响电机绝缘。

　　(2)电老化。电老化主要指局部放电、漏电和电腐蚀造成的绝缘老化。电机线圈绕组绝缘中不可避免的存在微小的气隙。这些气隙、细微缝道以及材料界面处在高压电的长期作用下而造成电机的局部放电。局部放电能在绝缘层内产生十分微细的树枝状放电途径,并造成放电区域的绝缘腐蚀,从而导致绝缘介质电性逐渐劣化并使局部缺陷扩大,最终形成贯穿性放电通道,导致绝缘整个被击穿^[3] 。漏电老化则是当绝缘表面污染或附有异物时,在有电位差的绝缘表面形成炭化电路,使绝缘丧失其功能。

　　(3)机械老化。机械老化主要表现在绝缘材料的疲劳裂纹、松弛、磨损等。如电机起动时,电磁力在线圈绝缘内产生很大的应力,在弯曲和挤压应力的反复作用下,线圈绝缘层往往产生疲劳甚至断裂。热老化引起绝缘收缩和绝缘层蠕变收缩,将导致绝缘松动,造成线圈端部和槽内部分的绝缘磨损等。

　　(4)环境老化。环境老化主要表现为灰尘、油污、盐分和其它腐蚀性物质对绝缘的污染和侵蚀,以及绝缘吸湿或表面凝露。它们会导致绝缘电阻降低和介质损耗增加,随着电机老化程度的增加,绝缘对环境的敏感将更加明显,此时环境因素将对电机绝缘老化起催化作用。

5、水泵导轴承故障原因分析

　　水泵导轴承与轴颈严重磨损后,导轴承间隙急剧增大,泵轴与叶轮晃动增大,振动加剧,填料密封漏水严重,直至发生叶片碰壳事故。按润滑剂的不同,水泵导轴承可分为油润滑轴承和水润滑轴承两大类。两者发生故障而影响可靠性的原因主要有:前者主要是在润滑和密封问题;后者主要是导轴承荷载承受能力、抗冲击及耐磨损性问题。

5. 1、油润滑导轴承故障原因

5. 1. 1、润滑不足

　　毕托管式油润滑导轴承故障主要是由于毕托管的上油量小于轴承润滑需油量,导轴承在润滑油量供应不足的状态下运行,加速轴承材料的磨损和发热,降低油的粘度,不能形成润滑油膜,进一步加剧轴承的磨损,严重时引起烧瓦。引起这种故障的原因主要有两种,一种是机组转速突然减小,出现不稳定运行状况;另一种是毕托管出现问题,主要表现为: (1)毕托管的进油角度发生变化。因受机组振动而使进油角度发生变化,从而使毕托管上油量减小,甚至不上油; (2)毕托管折断。对毕托管折断的油导轴承检查发现,转动油盆内壁无刮痕,说明断裂不是刮碰所致。其实毕托管的断裂是由于共振疲劳破坏引起的^[4]。

5. 1. 2、密封失效

　　水泵导轴承密封失效故障表现为导叶体轮毂与转轮轮毂之间设置的水密封失效,造成大量漏水,漏水量超过允许值,排水管来不及排水时而使油润滑导轴承浸水受损。目前主要的密封形式有端面密封和迷宫密封两种。

　　(1)端面密封失效原因。水泵导轴承端面密封属于接触式机械密封。主要失效原因有:静环座与固定座之间的弹簧脱落;由于静环座与固定座之间的密封橡胶绳装配过紧,而致机组顶车后静环座不能依靠自身重力和弹簧弹力下落;由于动静环磨损面凹凸不平,静环座下落后不能重新很好啮合,密封间隙增大。

　　(2)迷宫密封失效原因。影响迷宫密封性能的因素较多,如总体结构型式、涡流空腔形状及尺寸、节流间隙宽度、节流齿厚度及数量、齿顶形状、齿倾角、压力温度条件、转轴旋转速度和介质流向等。水泵导轴承迷宫密封所密封的是水,所以还有水力摩阻和流束收缩的影响。水流在迷宫通道内的流动状况十分复杂,影响因素繁多,实际性能由这些因素综合反映,因此,导轴承迷宫密封的机理比较复杂。