鍋爐給水泵輸送高溫流體，運行容易出現故障。中天合創能源有限責任公司熱電裝置使用的給水泵出現超電流、汽蝕余量不達標及振動過大等現象，根據現場實際工藝要求進行整改，通過葉輪切割、更換誘導輪等一系列方法完成整改，故障得以排除，現場運行平穩，性能參數達到設計使用要求。
一、前言
中天合創公司的大型煤化工是國家“十二五”新型煤化工示范項目，其熱電裝置5×490t/h的鍋爐設置平臺100%容量配備4臺(5#、6#、7#、8#)鍋爐定速給水泵，臥式9級雙殼體式，配備三相異步電動機，參數見表1。
二、給水泵故障
該給水泵為9級雙殼體離心泵，軸封采用機械密封，軸承潤滑采用外供強制潤滑；泵為中心線支撐，進出口均垂直向上，泵定子部分由吸入段、中段、排出段和導葉等組成，轉子部分由誘導輪、葉輪、軸、機械密封、軸承和聯軸器組件等組成，泵通過聯軸器由電動機驅動，從電動機方向看為順時針方向旋轉。如圖1所示。 4臺鍋爐定速給水泵參數相同，互換性高，7#泵開車后發現效率和汽蝕余量沒有達到用戶要求，其余3臺也出現了同樣的問題：
1)電動機超電流。
2)泵汽蝕余量過高。
3)在原速運轉過程中振動偏大。
三、原因分析
針對出現超電流、汽蝕余量過高、振動偏大的故障進行原因分析。
1.電動機超電流
現場測試流量達403m³/h(即額定流量590m³/h的68.31%)、揚程1956m，電動機電流為264A(為額定值的100.4%)，出現超電流現象。通過拆解分析，導致電動機超電流的主要原因如下。
1) 葉輪直徑設計偏大，揚程偏離額定點太大，超10%，造成軸功率偏大，這是電動機超電流的原因之一。
2) 流體從泵進口流入，經葉輪、導葉，Z后通過泵體流出的過程中，葉輪、導葉、泵體等鑄造精度不高，流動阻力增大，損失增大，效率偏低，也會使電動機超電流。
3) 經兩次試驗判斷筒體排出室面積偏小，有阻水現象，流體經過排出室時不能光滑過渡，不符合逐漸把動能轉換為壓力能的趨勢。
2.汽蝕余量過高
從汽蝕試驗數據來看泵汽蝕余量為12.66~13.66m，從泵的性能曲線來看汽蝕余量在13m左右，而協議要求的泵汽蝕余量為7m，嚴重超標容易造成泵汽蝕，從而引起泵的振動甚至停泵。
影響泵汽蝕余量的因素主要有三個方面，誘導輪、裝置汽蝕余量和葉輪進口幾何形狀。故障存在的原因之一是誘導輪的設計未達到工藝要求，原有的誘導輪外徑223mm，在流量649m³/h時，誘導輪揚程為4m，汽蝕余量高，誘導輪的設計不達標；首級葉輪進口幾何形狀也是影響汽蝕余量過高的原因，檢查發現葉輪進口面積偏小，增大進口流速，泵的汽蝕余量偏高，汽蝕性能下降；裝置汽蝕余量也是影響泵汽蝕余量的主要因素；增加進口壓力，增大裝置汽蝕余量，改善汽蝕性能。
3.振動偏大
泵在運行過程中振動噪聲明顯，由于超電流致使泵不能在額定工況點下運行，流動不順暢，產生流體激振力，引起泵的振動噪聲；轉子轉動時不平衡，也會引起振動；泵的汽蝕余量偏大，容易發生汽蝕，伴隨著強烈的水擊而產生振動和噪聲；工裝坐架固定泵不牢固，電動機與泵高偏差過大，舉架過高，也是造成泵在運轉過程中振動偏高的原因。
四、處理對策
針對電動機超電流、汽蝕不達標和振動偏高等問題，進行更換誘導輪、葉輪切割等一系列整改。
1.電動機超電流的故障處理
(1)次級葉輪切割  原4臺泵在裝置現場均出現超電流現象，其原因是揚程偏高，軸功率偏大。首先對7#泵次級葉輪進行計算切割量，根據GB3216—2005《回轉動力泵水力性能試驗》標準的規定，當葉輪平均出口直徑的切削量不超過5%時可以應用切割相似換算定律進行切割，設計點流量649m³/h時，揚程為1933m，根據離心泵葉輪切割定律計算得出D=386mm，即水泵的葉輪由400mm切割至386mm，切割量為3.5%，小于5%，切割量符合國家GB3216標準中的要求，見表2。
對每臺泵的8個次級葉輪進行切割，5#，6#由400mm切割到390mm；根據現場運行報告7#、8#泵的流量與協議流量有13~16m³/h的差異，7#、8#由400mm切割到386mm。首級葉輪不切割。
(2)筒體排出室切削  筒體排出室的面積偏小。經計算得出給水泵末級導葉斷面面積10×30mm×37mm=11100mm²，是出口面積的0.6倍。未切削前筒體斷面面積為312mm×25mm=8025mm²，是出口面積的0.5倍，不符合流道漸變趨勢，阻礙流動。切削后筒體面積為16050mm2，是出口面積的0.75倍，符合流道漸變趨勢。經計算筒體內徑由645mm加工到695mm，進行出口內孔邊緣打磨圓滑過渡，并進行水壓試驗，泵體強度完全滿足現場實際運行要求。
(3)局部處理為了流體順暢流動，對過流部件進行局部處理，對首級葉輪葉片進口邊進行修尖處理，修正后葉片厚度2mm；對葉輪、導葉流道進行D級拋光處理。 葉輪修整與軸組裝，重新做高速動平衡試驗(見圖2)，按工藝要求平衡量≤10g，實際測Z約為4g，滿足工藝要求。
2.汽蝕余量過高的故障處理
給水泵技術協議要求汽蝕余量為7m，廠家實測為13.5m，需進行誘導輪更換和首級葉輪處理。
(1)更換誘導輪  經重新設計，誘導輪外徑由223mm增加到225mm，更改后的誘導輪在設計流量649m³/h時，揚程為6~7m；增加給水泵首級葉輪人入口壓力2~3m，泵汽蝕余量在首級葉輪不變的情況下降低2~3m；即流量649m³/h時，汽蝕余量為9~10m。 檢驗誘導輪外圓首級葉輪蓋盤入口內徑粗車預留余量≥5mm、符合工藝要求。對誘導輪進行調質處理、淬火加回火；HBW值檢驗，標準值180~250HBW，實測值220HBW，符合制造廠熱處理工藝要求，如圖4所示。 (2)調整首級葉輪  如圖4所示，首級葉輪進行調質處理、淬火加回火；首級葉輪直徑不變，增大葉輪入口面積，入口直徑由223mm增至235mm。入口面積增大后，流道過流面積趨勢為進口部分凸起的曲線，符合汽蝕設計要求，加大入口直徑后的汽蝕余量比更換誘導輪后減低3-4m，即流量649m3/h時，汽蝕余量為5~6m。
3.振動偏大的故障處理
根據GB29531—2013泵的振動測量與評價方法，該泵屬于第III類泵，試驗測出的振動烈度為7.1mm/s，振動級別在c級，振動符合國家標準。
為了減少泵的振動和噪聲，提高運行的安全性和穩定性，對泵進行以下處理。
1) 通過修正后的轉子部件動平衡試驗可以有效降低泵的振動。
2) 汽蝕性能的提高有效降低泵的振動和噪聲。
3) 用固定坐架安裝固定給水泵；調整電動機與泵中心高的偏差。
按照“做一次低負荷性能試驗—>一次拆卸解體—>逐級拆卸葉片—>回裝(一次裝配)—>做2500kW全速試驗—>依據兩次試驗結果分析確定故障原因—>排除故障—>二次拆卸解—>葉片切削加工—>轉子部件動/靜平衡試驗—>葉片逐級回裝(二次裝配)—>整機性能試驗—>出廠”的方法步驟進行整改，如圖5所示，整改后進行試驗。 圖5 整改后的給水泵
4臺泵整改后進行試驗，依據GB3216—2005泵的性能應在2980r/min下進行；試驗介質為常溫清水(按GB3216—2005規定)，泵機械密封沖洗水為自來水或工業水，開式試驗臺；進行運轉試驗、性能試驗、振動測量和噪聲測量，試驗結果滿足表1性能參數要求和現場使用要求。
五、結語
針對4臺給水泵運行中出現的問題進行整改并試驗，整改后的運行參數符合用戶要求，振動和噪聲明顯減小，泵運行平穩，符合國家標準和用戶使用要求。
1)通過切割葉輪和擴大筒體內徑，并進行一系列的精密加工和試驗，整改后的揚程、效率等參數達標，電動機不過載。
2)通過更換誘導輪和調整首級葉輪進口尺寸，汽蝕余量達6m，現場運行表明符合參數要求。
3)整改后進行轉子部件動平衡試驗，現場安裝位置牢固到位，消除引起振動的因素。
參考文獻
【1】全國化工設備設計技術中心站機泵技術委會.工業泵選用手冊【M】.2版.北京:化學1:業出版社，2011.
【2】關醒凡.現代泵理論與設計【M】北京：中國宇航出版社，2011.