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水泵調速系統的故障原因及處理技術分析
2011-05-24
鍋爐給水泵一般都帶有調速裝置，如液力聯軸器等，作用是根據機組負荷的變化調整給水泵的流量，減少節流損失，從而節約能源。
液力聯軸器調速給水泵（以下簡稱液調泵）運行時，應能投入自動調節，以減少運行人員的操作，其調速范圍應達到25%~100%。但有些液調泵存在轉速變化率大，從而引發流量大幅度波動，可能導致斷軸事故的發生。
某電廠給水泵由前置泵、主給水泵、液力聯軸器及增速齒輪組成。前置泵由電動機主軸拖動，主給水泵由電動機通過增速齒輪、液力聯軸器拖動。前置泵型號為QG50080，主給水泵型號為DG480180，液力聯軸器型號為C046，為上海電力修造廠產品。
1、故障情況
該液調泵在一次檢修后投運時，發現給水自動調節特性變差。投自動時，存在流量波動大，有時達到80t/h左右，嚴重影響機組的正常運行。為分析這一問題，把正常泵的控制系統切換至故障泵，出現相同的故障問題，由此基本上排除了熱工控制方面的原因。
2、給水泵液力聯軸器的調節
上世紀90年代，液力聯軸器在國內得到了迅速發展，解決了定速給水泵的節流調節問題，有效地節約了廠用電。
液力聯軸器的調節是通過勺管調節渦輪的泄油量來調節給水泵的轉速，從而達到調節流量的目的。流量Q變化與轉速n成正比。
根據泵的特性曲線，可以作出一條流量的相對值g與勺管的相對角位移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，即為放大系數或調節特性系數。
在理想狀態下K=1，即傾角為45b，液力聯軸器在轉速調整過程中，流量變化平穩，不會引起調節量與流量之間的不匹配。
K《1時，流量變化遲緩，不利于跟蹤負荷調整的需要。
K》1時，流量變化過快，易引起流量上下大幅度波動，導致汽包水位不穩，水泵調節頻繁，可能造成泵軸斷裂。
3、液調泵的性能試驗
為查找故障原因，對該泵進行了特性試驗，采用常規試驗方法。試驗前校核了相關表計。
試驗時，各工況負荷見表1。通過液調泵提升壓力后的給水盡可能通過流量孔板，以減少試驗誤差。各減溫水盡量少用，并給予相應修正。在此基礎上抄錄相關數據。
4、故障分析
試驗時，手動操作勺管，流量沒有波動，電流穩定，平衡壓力正常，說明泵軸不存在竄動現象。電動機工作正常，液力聯軸器在各負荷點能正常運行。根據負荷調節的需要，每當操作手操器時，流量都發生了很大的變化，要控制在要求流量下，比較困難。勺管行程從61mm變化到71mm時，流量從284t/h變化到430t/h。從圖1看出，整個調速系統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，決定于給水泵的轉速。泵軸安裝于液力聯軸器的渦輪上，而渦輪的轉速決定于勺管的回油量。如果單位行程內的回油變化量過大，將嚴重影響給水泵流量的穩定。為此，應減小勺管回油量的變化率。
4.1放大系數K
勺管的行程為110mm，流量為440t/h根據表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，這是引起液力聯軸器調速性能不穩的主要原因。要改善液力聯軸器調節性能，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，投運后，發現對液力聯軸器調節性能的改善作用不明顯。為此，在加上凸輪同時，改變凸輪型線，使之適應負荷調節的需要。即在50%負荷以下，使凸輪型線較陡;在負荷經常調節的區間，凸輪型線較為平坦;其余負荷區間的型線也較陡。
4.3減小齒條與齒輪傳動比
液力聯軸器調節時，凸輪帶動齒條上下運動，齒條再帶動齒輪，齒輪繼而帶動扇形齒輪，從而引起勺管開度的變化，調節給水流量。勺管的調節是通過扇形齒輪轉動來帶動的，齒條傳動與扇形齒輪同軸的齒輪。減小齒條與齒輪傳動比，即增大齒輪直徑，延長齒條長度，保證勺管的開足與關嚴。減小了齒條與齒輪傳動比，即同樣行程的凸輪，扇形齒輪的開度變小，勺管的回油調節量變小，從而減小了給水流量的波動。
5、處理方式及結果
根據以上分析，采取了相應的措施。首先考慮增加凸輪，如果增加凸輪無效，則考慮采用電腦調節等措施。增加凸輪的難度相對較小，易于實現，并對凸輪的型線進行了改進。根據機組正常運行的負荷區間，考慮在50%負荷以下，凸輪的型線較陡;在50%~100%負荷下，相應的型線較為平坦。在低負荷時或開機過程中，由于需要開啟給水泵再循環閥，水泵也可以維持較高的流量。增加凸輪并改進型線后的流量及相關參數見表2。
恢復原凸輪后對勺管本身無多大影響，勺管行程在（60~70）mm處，斜率仍為3.45。根據表2，通過凸輪型線改進后，整個調速系統（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，基本滿足了負荷調節的需要，機組通過上述改造后運行正常。
液力聯軸器一般都帶有凸輪，有時為了防止凸輪卡澀而取消了凸輪，由于對勺管的調節特性認識不清，投運前對調速系統又未做靜態、動態流量特性曲線試驗，投運后就可能出現調節性能不好，還可能造成泵軸發生疲勞斷裂。一旦發現給水泵流量波動大，就要及時找出故障原因，采取相應的防范措施。
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