摘要：珠海市拱北水質凈化廠三期工程的四臺進水泵試運行不到一年就出現電機燒毀事故，通過繪制進水泵特性曲線等方法對進水泵的事故原因進行分析，并根據分析結果提出幾個改進方案，通過從定性到定量上進行計算，對方案進行分析評估，最終采取切削葉輪改進方案，取得了良好的效果，可為國內同類城市污水處理廠進水泵的改造提供參考。
　　關鍵詞：進水泵；事故分析；切削葉輪；泵房改造
　　0 引言
　　隨著經濟的高速發展和城市化建設的進行，污水管網不斷擴展、完善，工業廢水和生活污水量也隨之增加，現有拱北廠一二期工程污水處理設施已遠不能滿足城市發展的需要。為了緩解珠海市拱北、前山片區的污水處理的緊張狀況，擬在拱北水質凈化廠廠區擴建規模為8×104m3/d的三期工程。但三期工程的四臺進水泵試運行不到一年就出現電機燒毀事故。本文通過珠海市拱北水質凈化廠三期工程的進水泵電機燒毀事故的工程實例，查找了事故原因，提出了改造方案，并通過方案對比，認為切削葉輪方案是一種簡單經濟的進水泵改造方法，特別適宜泵站揚程變化小，但偏離水泵額定揚程甚遠的離心泵。
　　1 工程概況
　　拱北水質凈化廠三期工程是意大利政府貸款項目，由法國水務OTV公司和意大利EMIT公司組成聯合體中標而提供技術及設備，本期工程的設計規模為8×104m3/d，采用A2O污水凈化處理工藝，工程于2002年9月正式投入試運行。本工程的進水泵房安裝有四臺進水泵，三臺軟啟動器控制、一臺變頻控制，設計滿負荷時采用三用一備的運行方式。工程試運行不到一年，四臺進水泵電機繞組相繼燒毀，釀成重大設備事故。
　　2 進水泵事故經過
　　在2002年9月72小時試運行時，進水泵就開始出現跳閘現象，冷態啟動后，進水泵連續運行約5~6小時即跳閘，復位后再啟動進水泵只能運行1~2小時就跳閘。為了使進水泵能連續運行，外方調試人員在沒有查出進水泵頻繁跳閘真正原因的情況下，短接了FLYGT泵專用保護器CAS的輸出接口，調整了軟啟動器和變頻器的過載電流，將電流定值設定為額定電流的1.25倍，這樣進水泵雖然能連續運行，但因缺乏有效的保護而最終燒毀。
　　3 事故分析
　　3.1進水泵參數對比分析
　　四臺泵在FLYGT指定廠家修復后，恢復了CAS保護，并重新設定了軟啟動器和變頻器參數，再次投入運行，但在電流不超過額定電流的情況下，每運行1～2個小時，泵專用保護器CAS的“C”通道便報警，顯示出定子線圈過熱，無法穩定運行。
　　為了方便查找進水泵故障原因，繪制了進水泵房的平面、剖面布置圖（如圖1、2所示）。從圖上可發現，井底至出水位置標高即靜揚程H靜為13.8m，應用伯努利方程式，得出進水泵揚程H＝H靜+hw,其中hw為管道系統的阻力損失，根據公式經計算，hw＝0.3m，進水泵實際揚程H＝14.1m。
　　
　　圖1進水泵房平面布置圖                                                       圖2進水泵房剖面布置圖
　　表1原設計進水泵的參數選取
　

　　原設計要求的水泵揚程為14m，流量為1470m3/h，選擇的水泵具體參數如表1所示。根據進水泵的出廠檢測報告，并按ISO2548C要求，對計算得出的實際進水泵揚程和原設計進水泵的參數進行對比，發現四臺進水泵都達到了檢測標準，進水泵的選型符合設計要求。
　　3.2進水泵特性曲線對比分析
　　對比進水泵的參數并沒發現進水泵故障原因，為此，通過進水泵出廠的試驗報告繪制特性曲線，再對應特性曲線查出進水泵實際運行工況所對應的指標是否在規定范圍內，尋找進水泵故障原因。
　　試運行時，由于污水管網不暢通導致進水量小，若開兩臺進水泵會容易出現進水泵頻繁起停現象，因此，通過開一臺進水泵運行來分析。根據進水泵實際運行發生故障的記錄，得出進水泵實際運行工況如下表2所示，而進水泵出廠試驗報告數據如表3所示。
　　表2進水泵實際運行工況
　

　　表3進水泵出廠試驗報告數據

　　根據進水泵出廠試驗報告數據繪制出水泵的特性曲線如圖3所示。對應進水泵的特性曲線，可發現：
　　（1）進水泵實際運行過程中液位計顯示的水位平均是4.9m，揚程為9.2m，顯然與原進水泵設計的14.0m總揚程相差甚遠。，參考繪制的進水泵特性曲線可得出，進水泵在9.2m揚程下工作時，進水泵的流量約為1830m3/h，與流量計顯示的讀數基本一致，表明了流量計等一切均正常。
　　
　　圖3進水泵特性曲線圖
　　（2）設計的進水泵額定電流是160A，但進水泵實際運行時電流從未達到150A。從進水泵的輸入功率曲線看，在葉輪直徑為420mm時，最高的輸入功率是77kw，以功率因數0.767、電壓380V，計算得出進水泵運行時的最大電流為152.5A，表明進水泵實際運行過程中，工作電流未超出進水泵的額定電流，由此可判斷定子過熱不是工作電流超出額定電流所引起的。
　　（3）由于進水泵實際運行時的流量較高，從流量計可測出流量平均為1819m3/h，高出原設計流量約24%，這表明了進水泵實際運行工況與原設計工況點完全不符，而且是低揚程高流量，對應進水泵的特性曲線可發現，進水泵實際運行工況點在特性曲線的下端，在泵的高效區以外，超出進水泵可接受的范圍，造成電機繞組過熱而最終引起進水泵電機繞組燒毀。
　　4 改進方案分析
　　4.1新工況點的確認
　　考慮到隨著污水管網的進一步完善，進水量必然會增多，同時將有多臺進水泵并列運行。為此，設計院重新確認工況點為水位3.2米，即揚程為10.9米，流量為1500m3/h。
　　4.2方案提出并對比
　　為了滿足新的工況點，通過查閱資料可知目前常用的措施有以下這種：
　　（1）更換葉輪或切削葉輪：泵的葉輪被切削后，其特性曲線Q-H相應改變；采用不同直徑的葉輪，可使泵特性曲線與管道特性曲線交點改變位置，即改變運行工況。
　　（2）改變水泵轉數：采用調整裝置改變葉輪的轉數，使泵工作曲線符合管路特性曲線。
　　（3）閥門節流：用出水閥門調節流量，人為提高輸送所需壓力以適應離心泵的特性。
　　根據管路現狀，并通過技術經濟比較，最終決定采取切削葉輪來改變水泵特性曲線，使新的工況點在進水泵的高效區內運行的改造方案。
　　4.3方案設計
　　（1）葉輪直徑切削量的確定：
　　由相似定律：H1/H=(D1/D)2，其中H、H1為切割前、后泵的揚程，D、D1為切割前、后的葉輪直徑，通過公式計算出：D1=（10.9/14.5）1/2×420=364mm。
　　（2）流量驗證：
　　為了確保葉輪直徑切削后的流量能滿足新的工況點需求，下面對流量進行驗證。根據切削調節工作參數換算公式：Q1/Q=D1/D，其中式中的Q、Q1為切割前、后流量，D、D1為切割前、后的葉輪直徑，根據公式可計算出：Q1=1440×364/420=1248m3/h。通過驗證表明，將葉輪直徑切削至364mm，泵流量不能滿足新的工況點要求，故只能以滿足系統流量要求來確定最終的葉輪直徑。
　　（3）據流量需求來確定切削量：
　　根據公式D2/D=Q2/Q來確定切削量，其中式中Q、Q2為切割前、后新工況點揚程下泵的流量，D、D2為切割前、后的葉輪直徑。查進水泵的特性曲線可知，在揚程H=10.9米時，切割前Q=1650m3/h，因此根據公式可計算出：D2=420×1500/1650=382mm，而切削量為：△D=D-D2=420-382=38mm。方案實施時，考慮葉輪已有磨損、液位變化等因素，最終葉輪實際切割量為20mm，切割后葉輪實測直徑為395mm，徹底解決了定子繞組過熱問題，運行至今，各項性能指標均能滿足系統要求，運行平穩，狀況良好。
　　結束語
　　拱北水質凈化廠三期工程的進水泵實施改造方案至今已運行多年，無異常情況出現。實踐證明，本工程所使用的切削葉輪方案是一種簡單經濟的進水泵改造方法，特別適宜進水泵站揚程變化小，但偏離水泵額定揚程甚遠的離心泵。
　　參考文獻：
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　　[2]孔瓏.工程流體力學（第三版）.中國電力出版社,2007.
　　[3]楊乃岡．電動給水泵跳閘原因分析[J]．科技情報開發與經濟