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给水泵调速系统故障分析及处理技术

锅炉给水泵一般都带有调速装置，如液力联轴器等，作用是根据机组负荷的变化调整给水泵的流量，减少节流损失，从而节约能源。

    液力联轴器调速给水泵(以下简称液调泵)运行时，应能投入自动调节，以减少运行人员的操作，其调速范围应达到25%~100%。但有些液调泵存在转速变化率大，从而引发流量大幅度波动，可能导致断轴事故的发生。

    某电厂给水泵由前置泵、主给水泵、液力联轴器及增速齿轮组成。前置泵由电动机主轴拖动，主给水泵由电动机通过增速齿轮、液力联轴器拖动。前置泵型号为QG50080，主给水泵型号为DG480180，液力联轴器型号为C046，为上海电力修造厂产品。

        1、故障情况

     该液调泵在一次检修后投运时，发现给水自动调节特性变差。投自动时，存在流量波动大，有时达到80t/h左右，严重影响机组的正常运行。为分析这一问题，把正常泵的控制系统切换至故障泵，出现相同的故障问题，由此基本上排除了热工控制方面的原因。

         2、给水泵液力联轴器的调节

    上世纪90年代，液力联轴器在国内得到了迅速发展，解决了定速给水泵的节流调节问题，有效地节约了厂用电。

    液力联轴器的调节是通过勺管调节涡轮的泄油量来调节给水泵的转速，从而达到调节流量的目的。流量Q变化与转速n成正比。

    根据泵的特性曲线，可以作出一条流量的相对值g与勺管的相对角位移L的曲线。
                           g=G/Gmax              (1)
    式中:G为泵的输出流量，t/h;Gmax为泵的*大输出流量，t/h。
                           μ=α/αmax              (2)
    式中:A为勺管的角位移;Amax为勺管的*大角位移。
                   K=dg/dμ=αmax/Gmax·dG/dα       (3)
    K为曲线的斜率，即为放大系数或调节特性系数。

    在理想状态下K=1，即倾角为45b，液力联轴器在转速调整过程中，流量变化平稳，不会引起调节量与流量之间的不匹配。

    K《1时，流量变化迟缓，不利于跟踪负荷调整的需要。

    K》1时，流量变化过快，易引起流量上下大幅度波动，导致汽包水位不稳，水泵调节频繁，可能造成泵轴断裂。

    3、液调泵的性能试验
    为查找故障原因，对该泵进行了特性试验，采用常规试验方法。试验前校核了相关表计。
试验时，各工况负荷见表1。通过液调泵提升压力后的给水尽可能通过流量孔板，以减少试验误差。各减温水尽量少用，并给予相应修正。在此基础上抄录相关数据。
    4、故障分析
    试验时，手动操作勺管，流量没有波动，电流稳定，平衡压力正常，说明泵轴不存在窜动现象。电动机工作正常，液力联轴器在各负荷点能正常运行。根据负荷调节的需要，每当操作手操器时，流量都发生了很大的变化，要控制在要求流量下，比较困难(图2)。勺管行程从61mm变化到71mm时，流量从284t/h变化到430t/h。从图1看出，整个调速系统的线性较好但是曲线较陡，开度每变化1%，流量变化11.23t/h给水泵流量的大小，决定于给水泵的转速。泵轴安装于液力联轴器的涡轮上，而涡轮的转速决定于勺管的回油量。如果单位行程内的回油变化量过大，将严重影响给水泵流量的稳定。为此，应减小勺管回油量的变化率。
    4.1 放大系数K

    勺管的*大行程为110mm，*大流量为440t/h根据表1，流量从284t/h变化到430t/h，行程从61mm变化到71mm。
    K=dg/dμ=αmax/Gmax·dG/dα=（110/440）·[（430-284）/（71-61）]=3.65
    则曲线的倾角为74.7b，说明曲线较陡，这是引起液力联轴器调速性能不稳的主要原因。要改善液力联轴器调节性能，就要解决好勺管回油量的变化量，使得在相同开度变化量的条件下，回油量减小。

    4.2 凸轮
    把拆除的老凸轮重新安装，投运后，发现对液力联轴器调节性能的改善作用不明显。为此，在加上凸轮同时，改变凸轮型线，使之适应负荷调节的需要。即在50%负荷以下，使凸轮型线较陡;在负荷经常调节的区间，凸轮型线较为平坦;其余负荷区间的型线也较陡。

    4.3 减小齿条与齿轮传动比
    液力联轴器调节时，凸轮带动齿条上下运动，齿条再带动齿轮，齿轮继而带动扇形齿轮，从而引起勺管开度的变化，调节给水流量。勺管的调节是通过扇形齿轮转动来带动的，齿条传动与扇形齿轮同轴的齿轮。减小齿条与齿轮传动比，即增大齿轮直径，延长齿条长度，保证勺管的开足与关严。减小了齿条与齿轮传动比，即同样行程的凸轮，扇形齿轮的开度变小，勺管的回油调节量变小，从而减小了给水流量的波动。

    5、处理方式及结果
    根据以上分析，采取了相应的措施。首先考虑增加凸轮，如果增加凸轮无效，则考虑采用电脑调节等措施。增加凸轮的难度相对较小，易于实现，并对凸轮的型线进行了改进。根据机组正常运行的负荷区间，考虑在50%负荷以下，凸轮的型线较陡;在50%~100%负荷下，相应的型线较为平坦。在低负荷时或开机过程中，由于需要开启给水泵再循环阀，水泵也可以维持较高的流量。增加凸轮并改进型线后的流量及相关参数见表2。
    恢复原凸轮后对勺管本身无多大影响，勺管行程在(60~70)mm处，斜率仍为3.45。根据表2，通过凸轮型线改进后，整个调速系统(包括手操器)的斜率为100/440·[(416-274)/(71-48)]=1.4，倾角为540，倾角大幅度降低，基本满足了负荷调节的需要，如图3所示。机组通过上述改造后运行正常。
    5、结束语
    液力联轴器一般都带有凸轮，有时为了防止凸轮卡涩而取消了凸轮，由于对勺管的调节特性认识不清，投运前对调速系统又未做静态、动态流量特性曲线试验，投运后就可能出现调节性能不好，还可能造成泵轴发生疲劳断裂。一旦发现给水泵流量波动大，就要及时找出故障原因，采取相应的防范措施。

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