泵組超負荷運轉原因分析及解決方案
摘 要： 泵組超負荷運轉是泵站生產中經常遇見的現象，本文結合實例進行了原因分析，并提出了解決方案，應用效果良好，值得推廣。
關鍵詞：泵組 超負荷運轉 過流 葉輪 切削
1 問題的提出
獺湖泵站系深圳市東部供水水源工程調蓄泵站，按綜合自動化系統模式進行設計和配置，裝機6×280kW，四用二備，設計流量約1.5m3/s，設計揚程12.5m，調蓄水庫設計蓄水水位為66m。受深圳市長期缺水局面影響，調蓄水庫蓄水水位從未達到設計水位66m，日常運行基本保持在59m以下，泵組基本以2臺運行甚至單臺運行。為測試調蓄水庫大壩高水位運行下的滲漏情況，需要開展水庫調蓄工作，將蓄水水位逐級提高，相應泵組數量逐級增至4臺運行。調蓄過程中發現，當蓄水水位調至59.7m左右時，監控屏上間斷性出現泵組運行功率超過額定功率現象；當水庫水位蓄至61m左右時，監控屏顯示泵組過流報警信號，運行功率高達292kW，經現場緊急會診，決定在確保水力過渡過程平穩的前提下盡可能短的時間內將泵組運行臺數由4臺逐級減至1臺，經以上處理，泵組運行恢復正常。
2 泵組診斷試驗
結合泵組歷史運行記錄，調查小組經仔細檢查泵組附屬設備的運行狀況和系統電壓電流的穩定性，認為泵組運行條件符合設計要求，初步判定問題出在泵組運行參數異常，并迅速制定了診斷試驗計劃方案。
調查小組按診斷試驗計劃方案把泵組從1臺運行逐漸增至4臺組合并聯運行，即1#~6#泵分別組合為4臺泵組并聯運行，同時實時記錄試驗數據并輔以現場檢查測試。試驗條件成熟后的水庫蓄水水位為64m。試驗程序如下：
2．1單臺泵組輪換運行測試參數均為正常。
2．2進入多臺并聯運行測試階段準備。
2．3 1#泵組投運正常后，試驗2臺泵組聯合運行，當并入2#泵組，經測試，泵組揚程在13m左右，單泵平均流量稍超設計流量。
2．4系統運行穩定后，試驗3臺泵組聯合運行，當并入4#泵組，經測試，泵組揚程在13～14m，單泵平均流量超過設計流量，其中，4#泵組電機電流超過額定電流。
2．5在系統無異常工況的情況下，試驗4臺泵組聯合運行，并入3#泵組，經測試，泵組揚程在14～15m，單泵平均流量基本達到設計流量，其中3#泵組、4#泵組運行電流都超過額定電流。
2．6組合并聯運行中未出現3#或4#泵組的，運行測試參數基本正常。
3 泵組超負荷運轉原因分析
經試驗，并比較運行與設計參數，調查小組經分析，認為雖然各泵組型號完全相同，但3#、4#泵組的實際工況與設計工況差異較大，基本處于過流狀況，其余泵組的實際運行工況略大于設計運行曲線，處于滿負荷運行狀況。結合水泵裝置曲線，發現水位低于59m工況下，泵組基本處于高效區運行，但隨著蓄水水位的不斷提高，逐漸偏離高效區運行，直至表現為超負荷運轉狀況。經會診，認為原因如下：
3．1在以往抽水時，水庫蓄水水位基本保持在59m以下，所有泵組運行在最佳工況范圍以外，泵組負荷較輕，電動機運行電流小于額定電流。
3．2在64m高水位下，除3#、4#泵組外，泵組仍可按4臺泵組運行。
以上原因僅僅是操作方式差異的反映，即所謂的外因，事實上，按泵組操作規程，設計條件下不存在組合并聯運行會出現差異的問題，因此，需要進一步予以排查，找到真正的解決之道，即所謂的內因，而不是“頭痛醫頭、腳痛醫腳”。
從試驗結果可以看出，涉及3#或（和）4#聯合投運的情況，運行揚程較設計揚程偏高，且偏離高效區，因此問題癥結出在這兩組上。經查安裝現狀況及水泵葉輪狀況，情況良好，因此可以排除汽蝕、旋轉脫流等流動條件惡化因子及機械振動因子。經參考相關專業資料及現有工程案例，檢查組認為，調速和葉輪切削是可選的解決方案，考慮到3#和4#泵組均為定速泵組，不易考慮，因此，選定葉輪切削作為解決方案。
4 泵組超負荷運轉解決方案實施
葉輪切削需遵循切割定律，切削點應與切割拋物線點對應，切割前后揚程與流量函數關系為：
H=KQ2 （1）
式中，K為常數，根據式（1），經不斷試驗比較，處理結果如下：
4．1 泵組等級降低一級，即由A級降為B級。
4．2 葉輪從原來A級Ф790切削至Ф770。
4．3 3#、4#泵比轉數約70，范圍在（60，140）間的泵需將葉片和前后蓋板一并切去，切削工藝(見圖1略)，最大切削量與比轉數關系（見表1略）。
3#、4#泵實際切割量2.5%，因此切削后對水泵效率基本無影響，經試驗表明，通過對葉輪的切削處理，泵組過流問題得到根本的解決，在后期泵組設備運行跟蹤試驗中，監測到的泵組運行電流、電動機溫度都在允許范圍內，保證了泵組設備的安全正常運行。
5 結語
5．1水泵葉輪多數為鑄鐵件，其在生產制造過程中葉輪切削打磨過程會存在一定的差異，同時如果設計中對設備運行富裕量考慮較少，進而就會導致在接近最大負荷時個別泵組會出現超出運行允許范圍，在不能對泵組設備重新更換的情況下，考慮經濟費用最小同時，可以考慮對問題泵組的葉輪進行切削處理，適當降低泵組運行負荷，保證泵組的安全運行，發揮最大的經濟效益，通過獺湖泵站工程實例，也為同類供水工程提供參考資料。
5．2考慮到現有泵組設備運行基本處于滿負荷狀態，且泵組沒有溫度在線自動監控功能，故運行中要求監控人員加強對電機電流、機組溫度等的日常監控，以防泵組長期超負荷運行，并實時檢查后期泵組實際運行曲線是否下降，在滿足水庫大壩驗收的前提下，繼續跟蹤檢查泵組的設計是否符合要求。
參考文獻
[1] 郭立君，泵與風機,水利電力出版社，1992年11月
[2] 劉德祥、李良庚，水泵選型的一種改進方法的研究，廣西水利水電，2002年2期
作者簡介
彭琳，女，1969年生,本科學歷，工程師，主要從事水利建設管理、泵站機電設備等方面的工作與研究。
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