泵组超负荷运转原因分析及解决方案
摘 要： 泵组超负荷运转是泵站生产中经常遇见的现象，本文结合实例进行了原因分析，并提出了解决方案，应用效果良好，值得推广。
关键词：泵组 超负荷运转 过流 叶轮 切削
1 问题的提出
獭湖泵站系深圳市东部供水水源工程调蓄泵站，按综合自动化系统模式进行设计和配置，装机6×280kW，四用二备，设计流量约1.5m3/s，设计扬程12.5m，调蓄水库设计蓄水水位为66m。受深圳市长期缺水局面影响，调蓄水库蓄水水位从未达到设计水位66m，日常运行基本保持在59m以下，泵组基本以2台运行甚至单台运行。为测试调蓄水库大坝高水位运行下的渗漏情况，需要开展水库调蓄工作，将蓄水水位逐级提高，相应泵组数量逐级增至4台运行。调蓄过程中发现，当蓄水水位调至59.7m左右时，监控屏上间断性出现泵组运行功率超过额定功率现象；当水库水位蓄至61m左右时，监控屏显示泵组过流报警信号，运行功率高达292kW，经现场紧急会诊，决定在确保水力过渡过程平稳的前提下尽可能短的时间内将泵组运行台数由4台逐级减至1台，经以上处理，泵组运行恢复正常。
2 泵组诊断试验
结合泵组历史运行记录，调查小组经仔细检查泵组附属设备的运行状况和系统电压电流的稳定性，认为泵组运行条件符合设计要求，初步判定问题出在泵组运行参数异常，并迅速制定了诊断试验计划方案。
调查小组按诊断试验计划方案把泵组从1台运行逐渐增至4台组合并联运行，即1#~6#泵分别组合为4台泵组并联运行，同时实时记录试验数据并辅以现场检查测试。试验条件成熟后的水库蓄水水位为64m。试验程序如下：
2．1单台泵组轮换运行测试参数均为正常。
2．2进入多台并联运行测试阶段准备。
2．3 1#泵组投运正常后，试验2台泵组联合运行，当并入2#泵组，经测试，泵组扬程在13m左右，单泵平均流量稍超设计流量。
2．4系统运行稳定后，试验3台泵组联合运行，当并入4#泵组，经测试，泵组扬程在13～14m，单泵平均流量超过设计流量，其中，4#泵组电机电流超过额定电流。
2．5在系统无异常工况的情况下，试验4台泵组联合运行，并入3#泵组，经测试，泵组扬程在14～15m，单泵平均流量基本达到设计流量，其中3#泵组、4#泵组运行电流都超过额定电流。
2．6组合并联运行中未出现3#或4#泵组的，运行测试参数基本正常。
3 泵组超负荷运转原因分析
经试验，并比较运行与设计参数，调查小组经分析，认为虽然各泵组型号完全相同，但3#、4#泵组的实际工况与设计工况差异较大，基本处于过流状况，其余泵组的实际运行工况略大于设计运行曲线，处于满负荷运行状况。结合水泵装置曲线，发现水位低于59m工况下，泵组基本处于高效区运行，但随着蓄水水位的不断提高，逐渐偏离高效区运行，直至表现为超负荷运转状况。经会诊，认为原因如下：
3．1在以往抽水时，水库蓄水水位基本保持在59m以下，所有泵组运行在最佳工况范围以外，泵组负荷较轻，电动机运行电流小于额定电流。
3．2在64m高水位下，除3#、4#泵组外，泵组仍可按4台泵组运行。
以上原因仅仅是操作方式差异的反映，即所谓的外因，事实上，按泵组操作规程，设计条件下不存在组合并联运行会出现差异的问题，因此，需要进一步予以排查，找到真正的解决之道，即所谓的内因，而不是“头痛医头、脚痛医脚”。
从试验结果可以看出，涉及3#或（和）4#联合投运的情况，运行扬程较设计扬程偏高，且偏离高效区，因此问题症结出在这两组上。经查安装现状况及水泵叶轮状况，情况良好，因此可以排除汽蚀、旋转脱流等流动条件恶化因子及机械振动因子。经参考相关专业资料及现有工程案例，检查组认为，调速和叶轮切削是可选的解决方案，考虑到3#和4#泵组均为定速泵组，不易考虑，因此，选定叶轮切削作为解决方案。
4 泵组超负荷运转解决方案实施
叶轮切削需遵循切割定律，切削点应与切割抛物线点对应，切割前后扬程与流量函数关系为：
H=KQ2 （1）
式中，K为常数，根据式（1），经不断试验比较，处理结果如下：
4．1 泵组等级降低一级，即由A级降为B级。
4．2 叶轮从原来A级Ф790切削至Ф770。
4．3 3#、4#泵比转数约70，范围在（60，140）间的泵需将叶片和前后盖板一并切去，切削工艺(见图1略)，最大切削量与比转数关系（见表1略）。
3#、4#泵实际切割量2.5%，因此切削后对水泵效率基本无影响，经试验表明，通过对叶轮的切削处理，泵组过流问题得到根本的解决，在后期泵组设备运行跟踪试验中，监测到的泵组运行电流、电动机温度都在允许范围内，保证了泵组设备的安全正常运行。
5 结语
5．1水泵叶轮多数为铸铁件，其在生产制造过程中叶轮切削打磨过程会存在一定的差异，同时如果设计中对设备运行富裕量考虑较少，进而就会导致在接近最大负荷时个别泵组会出现超出运行允许范围，在不能对泵组设备重新更换的情况下，考虑经济费用最小同时，可以考虑对问题泵组的叶轮进行切削处理，适当降低泵组运行负荷，保证泵组的安全运行，发挥最大的经济效益，通过獭湖泵站工程实例，也为同类供水工程提供参考资料。
5．2考虑到现有泵组设备运行基本处于满负荷状态，且泵组没有温度在线自动监控功能，故运行中要求监控人员加强对电机电流、机组温度等的日常监控，以防泵组长期超负荷运行，并实时检查后期泵组实际运行曲线是否下降，在满足水库大坝验收的前提下，继续跟踪检查泵组的设计是否符合要求。
参考文献
[1] 郭立君，泵与风机,水利电力出版社，1992年11月
[2] 刘德祥、李良庚，水泵选型的一种改进方法的研究，广西水利水电，2002年2期
作者简介
彭琳，女，1969年生,本科学历，工程师，主要从事水利建设管理、泵站机电设备等方面的工作与研究。
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