深井潜水泵的维护

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)世界泵业 作者:世界泵业

  一般来说,对潜水泵所做的维护大多是修复性的,这主要是因为潜水泵的安装深度在几米至几百米不等(图1)。因此,与安装在地面上的泵不同,潜水泵装好之后,就无法再接近而进行维护,也不能在泵上直接采取任何形式的诊断措施。多数情况下,安装深度也使得潜水泵的装配和拆卸费用非常高;所以,修复性维护之外的其他维护措施可能都不具备经济性。在这种情况下,潜水泵相关设施的正确设计就变得非常重要了,正确的设计可以延长潜水泵及其部件在发生故障前的运转时间。

  有一点值得提出,潜水泵(图2)被宣传成“免维护保养”设备,生产企业在其使用手册中声称,潜水泵不需要常规性维护。专门从事此类设备维护的专业人员必须达到下列目标:

  1.确保服务:即确保有设备需要时,设备可用;

  2.延长干预间隔时间,降低维护成本;

  3.优化性能,特别是在能耗方面,使每立方米水有一个最优价格。

  多数情况下,不发生故障妨碍正常运转,是不会拆卸和重装潜水泵组的。因此,在故障出现时,我们不仅要在规定的时间内修好泵,确保服务(上述第1个目标),同时做出适当的改进,以延长泵在下一次故障前的运转时间(上述第2个目标),而且还要检查一番系统效率,看看是否可以优化(上述第3个目标)。

  相关设备的设计

  为确保获得理想的服务,重要的一点是,不仅要正确选择潜水泵本身,也要正确选择与潜水泵有关的所有部件。设计阶段通常会出现的错误有:

  * 认为水越多越好。安装过大的泵会导致各种问题(浑浊、过度启动/停止动作、增加电力消耗、加大购买设备的投资等),这对使用者没有任何好处。另外,对井本身而言,会造成过滤器的堵塞、井套的坍塌、水质恶化(如盐水侵蚀)等等。

  * 只根据最差的运行点(通常为最大流量和扬程)确定设备尺寸。记住可能存在的其他运行点,并考虑是否能够按照最普遍的运行点来确定设备尺寸(这应该是最有效率的)。

  * 电气零部件(电缆和开关柜)尺寸过小。这种情况一般会产生高的热损耗、使电感和电压下降(‘电压不足’),损坏设备。

  * 没有考虑电机的冷却。潜水泵电机依靠水在抽吸进入水泵之前,在水泵外面循环的水流来进行冷却。这种水流速度建议高于0.5米/秒,低于2.5米/秒。为实现这点,可以改变电机直径、安装一个冷冻夹套来增加冷却速率,或将安装深度调整到井套直径不同的某个点上。

  * 安装的升流管过小,通常会导致高压力损失,从而增加整体扬程,移动运行点。这会导致无法达到所需流量。

  * 没能够提供必要的元件,控制所建议的运行参数:流量、静态和动态水位、能耗、电压、浑浊度、运行时间、电机和水温等。

  * 泵在井中的位置选择不当。将设备安装在错误的位置上,会造成泵上方的水位不够,从而降低净正吸入压头(NPSH),这有可能造成气蚀,或在井内水位减少的情况下发生干运转。另外,在井套进水口滤网前面安装水泵,可能会造成水的浑浊和泥沙沉积。另外一个可能产生的问题是,电机冷却不良,其原因是由于在选定的点上,电机与井套直径间的关系不恰当,造成冷却速率不合格,或者是因为泵位于井的过滤网之下(图3和图4),使得水进入到液压元件内(而不是冷却电机)。

泵位于井的过滤网之下

  基于状态的维护保养

  为了超越仅仅进行修复性维护和在故障发生前进行预防的做法,对一系列参数进行常规监测是种重要措施,它能够对即将发生的故障发出适时警报,从而执行基于状态的维护(CBM)系统。

  基于状态的维护并不能免除修理或与节约与故障相关的费用,但是,可以让我们预见故障的发生,从而减少与计划外停机相关的影响和费用。此外,早期干预可让人们更加精确地确定问题根源(而不会被更加严重的损坏所掩盖),有助于人们得出结论,采取措施改进将来的运行状态。

  振动分析是旋转机械普遍采用的基于状态的维护方法;但是,这种方法不能用于潜水泵。对潜水泵进行的这种维护,建议进行监测的参数包括:

  * 电机绝缘

  * 电机温度

  * 采出水的浑浊度

  * 水流量

  * 动态水位

  * 能耗

  * 单位能耗(该参数涵盖上述三项)

  * 其他电气参数:电流、功率等

  另外,对于所有设备来说,控制运转时间和机器的启动次数也很重要。

  电机绝缘

  由于潜水泵安装在地面之下,可供测量之电动机绝缘点,是位于地面上的动力电缆端部。因此,测得的数据是对应于线缆和电机的组合绝缘状态。

  跟踪这个参数的方法有两种:

  * 采用欧姆计定期测量绝缘电阻。

  * 安装一套可以连续测量泄漏电流的装置,间接确定绝缘状态。

  监测这个参数,可以探测电机和电力电缆的早期电气故障。在水泵安装时,不需要特殊设备就可进行这种监测;因此,这项监测可以在已经安装好的设备上应用。

  电机温度

  为了跟踪电动机温度,需要在水泵安装之前,在水泵电机上安装一个Pt-100铂金电阻温度传感器,其接线要与电力电缆一起拉到地面上。

  电机温度取决于好几个因素,包括电机外的面水温、水的流动速度以及电机转速;所以,不可能为所有电机定义一个通用的温度切断点;当然通常的工作温度范围在40°C和 60°C之间(图 5)。

  电机正常运行温度的变化可以让人们在早期探测到许多故障状态,包括设备的机械故障(如推力轴承)、电机冷却状态的变化、水泵运行点的变化、电源的变化(电压低等)。电机温度增高的一个后果,通常是定子线圈的烧毁;因此,监测这个参数,可防止电机线圈的重新缠绕。

  浑浊度

  有两种方法可以跟踪水流中的浑浊度:定期测量或安装连续测量装置。高的浑浊度一般与水位变化同时发生。可能发生的主要状况包括:

  1)静态和动态水位升高。浑浊度(通常是突然发生的)与一个地区的大量降水有关。由于有数量众多的地表水,浑浊的水会进入含水层。这种现象通常在降雨结束的几天之内消失。

  2)静态和动态水位降低。由于缺少雨水,水的库存量减少,浑浊度逐渐显现。浑浊度之所以出现,是因为水位降低造成地表水进入量的减少,从而造成水的进入速度增加。水流速度的增加会从含水层中吸入细小的颗粒。

  3)动态水位的降低伴随着类似的静态水位的降低。在这种情况下,会出现两种可能。如果与抽吸速率的增加有关,则浑浊度是由进水速度的增加产生的,这会阻碍那些比运动着的颗粒还大的颗粒。如果抽吸速率没有增加,则表明是由于井套问题导致的额外的压头损失,促使井套外面周围空间的颗粒进入,或者促使含水层内的颗粒进入。在这种情况下,建议中断运行,拆卸泵浦设备,对井套内部进行视频检查,查找问题。

  在泵的安装过程中,这种跟踪检查可以在没有特殊设备的情况下进行。因此,在已经装好的设备上也可以进行这种检查。对于潜水泵而言,泥沙进入是“经典”问题之一。潜水泵的结构是为抽吸清水而设计的,但是,可以容许25-50毫克/升的泥沙含量。这个含量是非常高的,例如,当泥沙含量为50毫克/升时,一台电动泵每天工作24小时,每小时提升150立方米水,一天就会抽吸180公斤泥沙,一个月会抽吸泥沙5.4吨,一年将达到将近65吨的泥沙。

  另外,那么多数量的固体物质在泵里流动,也会损坏井的结构。在选择可以阻止泥沙涌入的系统之前,第一步是尽量避免这种现象的发生。其实,要做的事情通常很简单,只需要将流量调整到一定的速度,使浑浊度和阻力降低到某个极限以下就可以了。有时,改变泵在井中的位置,就可以达到这个效果。

  单位能耗

  单位能耗的单位是Wh/m3/m,代表水泵将1立方米的水提升1米的高度所消耗的能量。在此所说的高度,是指总高度,即水井中水的动态水位加上从地面算起的高度。

  要监测这个多元参数,需要使用一系列设备。就监测动态水位而言,在设计过程中,就应该对此予以考虑,因为一旦水泵安装到位,要再安装一个测量水位的系统,就要拆卸水泵,在多数情况下,这种做法是不经济的。要测定距离地面的高度,需要安装一个压力计或压力传感器。要测量所消耗的能量,可以使用来自配电器的功率表,但条件是,这套设备只有一台潜水泵。如果潜水泵的数量超过一台,那么,为了获得每台泵独立的能量消耗,每台泵都需要一台独立的功率分析仪。要监测流量,需要在井口需要安装一台流量计(电磁、超声波、螺翼式水表等种类)。

  长时间监测单位能耗能够及早检测不少问题。这些问题包括:由于升流管或法兰中的泄露造成的流量损失、液压元件之间间隙增加、叶片上的磨蚀、由于吸附粘土或淤沙,叶轮被淤沙堵塞(粘附在液压通道上)。

  为了说明监测单位能耗的有用性,我们来看一下来自两套设施的数据。第一个例子(图6)显示,由于被监测水泵的运行点被移动到能够提供更好性能的一个新位置上,与动态水位上升相关联的单位能耗得到改善。

  在第二个案例里,某台设备的单位能耗在一段时间内不断恶化,直至功能低劣的泵被拆卸(9月份),并用一台备用泵进行了更换。结果,从十月份开始,单位能耗有了显着改善(图7)。

  最近几年在管理200多台潜水泵组中获得的经验告诉我们,单位能耗的最佳参考值大约是5Wh/m3/m。

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