深井潛水泵的維護(hù)

2013-05-07 世界泵業(yè) 世界泵業(yè)

　　一般來(lái)說(shuō)，對(duì)潛水泵所做的維護(hù)大多是修復(fù)性的，這主要是因?yàn)闈撍玫陌惭b深度在幾米至幾百米不等(圖1)。因此，與安裝在地面上的泵不同，潛水泵裝好之后，就無(wú)法再接近而進(jìn)行維護(hù)，也不能在泵上直接采取任何形式的診斷措施。多數(shù)情況下，安裝深度也使得潛水泵的裝配和拆卸費(fèi)用非常高;所以，修復(fù)性維護(hù)之外的其他維護(hù)措施可能都不具備經(jīng)濟(jì)性。在這種情況下，潛水泵相關(guān)設(shè)施的正確設(shè)計(jì)就變得非常重要了，正確的設(shè)計(jì)可以延長(zhǎng)潛水泵及其部件在發(fā)生故障前的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。

　　有一點(diǎn)值得提出，潛水泵(圖2)被宣傳成“免維護(hù)保養(yǎng)”設(shè)備，生產(chǎn)企業(yè)在其使用手冊(cè)中聲稱，潛水泵不需要常規(guī)性維護(hù)。專門從事此類設(shè)備維護(hù)的專業(yè)人員必須達(dá)到下列目標(biāo)：

　　1.確保服務(wù)：即確保有設(shè)備需要時(shí)，設(shè)備可用;

　　2.延長(zhǎng)干預(yù)間隔時(shí)間，降低維護(hù)成本;

　　3.優(yōu)化性能，特別是在能耗方面，使每立方米水有一個(gè)最優(yōu)價(jià)格。

　　多數(shù)情況下，不發(fā)生故障妨礙正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是不會(huì)拆卸和重裝潛水泵組的。因此，在故障出現(xiàn)時(shí)，我們不僅要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)修好泵，確保服務(wù)(上述第1個(gè)目標(biāo))，同時(shí)做出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以延長(zhǎng)泵在下一次故障前的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間(上述第2個(gè)目標(biāo))，而且還要檢查一番系統(tǒng)效率，看看是否可以優(yōu)化(上述第3個(gè)目標(biāo))。

　　相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)

　　為確保獲得理想的服務(wù)，重要的一點(diǎn)是，不僅要正確選擇潛水泵本身，也要正確選擇與潛水泵有關(guān)的所有部件。設(shè)計(jì)階段通常會(huì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤有：

　　* 認(rèn)為水越多越好。安裝過(guò)大的泵會(huì)導(dǎo)致各種問(wèn)題(渾濁、過(guò)度啟動(dòng)/停止動(dòng)作、增加電力消耗、加大購(gòu)買設(shè)備的投資等)，這對(duì)使用者沒(méi)有任何好處。另外，對(duì)井本身而言，會(huì)造成過(guò)濾器的堵塞、井套的坍塌、水質(zhì)惡化(如鹽水侵蝕)等等。

　　* 只根據(jù)最差的運(yùn)行點(diǎn)(通常為最大流量和揚(yáng)程)確定設(shè)備尺寸。記住可能存在的其他運(yùn)行點(diǎn)，并考慮是否能夠按照最普遍的運(yùn)行點(diǎn)來(lái)確定設(shè)備尺寸(這應(yīng)該是最有效率的)。

　　* 電氣零部件(電纜和開(kāi)關(guān)柜)尺寸過(guò)小。這種情況一般會(huì)產(chǎn)生高的熱損耗、使電感和電壓下降(‘電壓不足’)，損壞設(shè)備。

　　* 沒(méi)有考慮電機(jī)的冷卻。潛水泵電機(jī)依靠水在抽吸進(jìn)入水泵之前，在水泵外面循環(huán)的水流來(lái)進(jìn)行冷卻。這種水流速度建議高于0.5米/秒，低于2.5米/秒。為實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，可以改變電機(jī)直徑、安裝一個(gè)冷凍夾套來(lái)增加冷卻速率，或?qū)惭b深度調(diào)整到井套直徑不同的某個(gè)點(diǎn)上。

　　* 安裝的升流管過(guò)小，通常會(huì)導(dǎo)致高壓力損失，從而增加整體揚(yáng)程，移動(dòng)運(yùn)行點(diǎn)。這會(huì)導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到所需流量。

　　* 沒(méi)能夠提供必要的元件，控制所建議的運(yùn)行參數(shù)：流量、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)水位、能耗、電壓、渾濁度、運(yùn)行時(shí)間、電機(jī)和水溫等。

　　* 泵在井中的位置選擇不當(dāng)。將設(shè)備安裝在錯(cuò)誤的位置上，會(huì)造成泵上方的水位不夠，從而降低凈正吸入壓頭(NPSH)，這有可能造成氣蝕，或在井內(nèi)水位減少的情況下發(fā)生干運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，在井套進(jìn)水口濾網(wǎng)前面安裝水泵，可能會(huì)造成水的渾濁和泥沙沉積。另外一個(gè)可能產(chǎn)生的問(wèn)題是，電機(jī)冷卻不良，其原因是由于在選定的點(diǎn)上，電機(jī)與井套直徑間的關(guān)系不恰當(dāng)，造成冷卻速率不合格，或者是因?yàn)楸梦挥诰倪^(guò)濾網(wǎng)之下(圖3和圖4)，使得水進(jìn)入到液壓元件內(nèi)(而不是冷卻電機(jī))。

泵位于井的過(guò)濾網(wǎng)之下

　　基于狀態(tài)的維護(hù)保養(yǎng)

　　為了超越僅僅進(jìn)行修復(fù)性維護(hù)和在故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)防的做法，對(duì)一系列參數(shù)進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)是種重要措施，它能夠?qū)磳l(fā)生的故障發(fā)出適時(shí)警報(bào)，從而執(zhí)行基于狀態(tài)的維護(hù)(CBM)系統(tǒng)。

　　基于狀態(tài)的維護(hù)并不能免除修理或與節(jié)約與故障相關(guān)的費(fèi)用，但是，可以讓我們預(yù)見(jiàn)故障的發(fā)生，從而減少與計(jì)劃外停機(jī)相關(guān)的影響和費(fèi)用。此外，早期干預(yù)可讓人們更加精確地確定問(wèn)題根源(而不會(huì)被更加嚴(yán)重的損壞所掩蓋)，有助于人們得出結(jié)論，采取措施改進(jìn)將來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)。

　　振動(dòng)分析是旋轉(zhuǎn)機(jī)械普遍采用的基于狀態(tài)的維護(hù)方法;但是，這種方法不能用于潛水泵。對(duì)潛水泵進(jìn)行的這種維護(hù)，建議進(jìn)行監(jiān)測(cè)的參數(shù)包括：

　　* 電機(jī)絕緣

　　* 電機(jī)溫度

　　* 采出水的渾濁度

　　* 水流量

　　* 動(dòng)態(tài)水位

　　* 能耗

　　* 單位能耗(該參數(shù)涵蓋上述三項(xiàng))

　　* 其他電氣參數(shù)：電流、功率等

　　另外，對(duì)于所有設(shè)備來(lái)說(shuō)，控制運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和機(jī)器的啟動(dòng)次數(shù)也很重要。

　　電機(jī)絕緣

　　由于潛水泵安裝在地面之下，可供測(cè)量之電動(dòng)機(jī)絕緣點(diǎn)，是位于地面上的動(dòng)力電纜端部。因此，測(cè)得的數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)于線纜和電機(jī)的組合絕緣狀態(tài)。

　　跟蹤這個(gè)參數(shù)的方法有兩種：

　　* 采用歐姆計(jì)定期測(cè)量絕緣電阻。

　　* 安裝一套可以連續(xù)測(cè)量泄漏電流的裝置，間接確定絕緣狀態(tài)。

　　監(jiān)測(cè)這個(gè)參數(shù)，可以探測(cè)電機(jī)和電力電纜的早期電氣故障。在水泵安裝時(shí)，不需要特殊設(shè)備就可進(jìn)行這種監(jiān)測(cè);因此，這項(xiàng)監(jiān)測(cè)可以在已經(jīng)安裝好的設(shè)備上應(yīng)用。

　　電機(jī)溫度

　　為了跟蹤電動(dòng)機(jī)溫度，需要在水泵安裝之前，在水泵電機(jī)上安裝一個(gè)Pt-100鉑金電阻溫度傳感器，其接線要與電力電纜一起拉到地面上。

　　電機(jī)溫度取決于好幾個(gè)因素，包括電機(jī)外的面水溫、水的流動(dòng)速度以及電機(jī)轉(zhuǎn)速;所以，不可能為所有電機(jī)定義一個(gè)通用的溫度切斷點(diǎn);當(dāng)然通常的工作溫度范圍在40°C和 60°C之間(圖 5)。

　　電機(jī)正常運(yùn)行溫度的變化可以讓人們?cè)谠缙谔綔y(cè)到許多故障狀態(tài)，包括設(shè)備的機(jī)械故障(如推力軸承)、電機(jī)冷卻狀態(tài)的變化、水泵運(yùn)行點(diǎn)的變化、電源的變化(電壓低等)。電機(jī)溫度增高的一個(gè)后果，通常是定子線圈的燒毀;因此，監(jiān)測(cè)這個(gè)參數(shù)，可防止電機(jī)線圈的重新纏繞。

　　渾濁度

　　有兩種方法可以跟蹤水流中的渾濁度：定期測(cè)量或安裝連續(xù)測(cè)量裝置。高的渾濁度一般與水位變化同時(shí)發(fā)生。可能發(fā)生的主要狀況包括：

　　1)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)水位升高。渾濁度(通常是突然發(fā)生的)與一個(gè)地區(qū)的大量降水有關(guān)。由于有數(shù)量眾多的地表水，渾濁的水會(huì)進(jìn)入含水層。這種現(xiàn)象通常在降雨結(jié)束的幾天之內(nèi)消失。

　　2)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)水位降低。由于缺少雨水，水的庫(kù)存量減少，渾濁度逐漸顯現(xiàn)。渾濁度之所以出現(xiàn)，是因?yàn)樗唤档驮斐傻乇硭M(jìn)入量的減少，從而造成水的進(jìn)入速度增加。水流速度的增加會(huì)從含水層中吸入細(xì)小的顆粒。

　　3)動(dòng)態(tài)水位的降低伴隨著類似的靜態(tài)水位的降低。在這種情況下，會(huì)出現(xiàn)兩種可能。如果與抽吸速率的增加有關(guān)，則渾濁度是由進(jìn)水速度的增加產(chǎn)生的，這會(huì)阻礙那些比運(yùn)動(dòng)著的顆粒還大的顆粒。如果抽吸速率沒(méi)有增加，則表明是由于井套問(wèn)題導(dǎo)致的額外的壓頭損失，促使井套外面周圍空間的顆粒進(jìn)入，或者促使含水層內(nèi)的顆粒進(jìn)入。在這種情況下，建議中斷運(yùn)行，拆卸泵浦設(shè)備，對(duì)井套內(nèi)部進(jìn)行視頻檢查，查找問(wèn)題。

　　在泵的安裝過(guò)程中，這種跟蹤檢查可以在沒(méi)有特殊設(shè)備的情況下進(jìn)行。因此，在已經(jīng)裝好的設(shè)備上也可以進(jìn)行這種檢查。對(duì)于潛水泵而言，泥沙進(jìn)入是“經(jīng)典”問(wèn)題之一。潛水泵的結(jié)構(gòu)是為抽吸清水而設(shè)計(jì)的，但是，可以容許25-50毫克/升的泥沙含量。這個(gè)含量是非常高的，例如，當(dāng)泥沙含量為50毫克/升時(shí)，一臺(tái)電動(dòng)泵每天工作24小時(shí)，每小時(shí)提升150立方米水，一天就會(huì)抽吸180公斤泥沙，一個(gè)月會(huì)抽吸泥沙5.4噸，一年將達(dá)到將近65噸的泥沙。

　　另外，那么多數(shù)量的固體物質(zhì)在泵里流動(dòng)，也會(huì)損壞井的結(jié)構(gòu)。在選擇可以阻止泥沙涌入的系統(tǒng)之前，第一步是盡量避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。其實(shí)，要做的事情通常很簡(jiǎn)單，只需要將流量調(diào)整到一定的速度，使渾濁度和阻力降低到某個(gè)極限以下就可以了。有時(shí)，改變泵在井中的位置，就可以達(dá)到這個(gè)效果。

　　單位能耗

　　單位能耗的單位是Wh/m3/m，代表水泵將1立方米的水提升1米的高度所消耗的能量。在此所說(shuō)的高度，是指總高度，即水井中水的動(dòng)態(tài)水位加上從地面算起的高度。

　　要監(jiān)測(cè)這個(gè)多元參數(shù)，需要使用一系列設(shè)備。就監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)水位而言，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，就應(yīng)該對(duì)此予以考慮，因?yàn)橐坏┧冒惭b到位，要再安裝一個(gè)測(cè)量水位的系統(tǒng)，就要拆卸水泵，在多數(shù)情況下，這種做法是不經(jīng)濟(jì)的。要測(cè)定距離地面的高度，需要安裝一個(gè)壓力計(jì)或壓力傳感器。要測(cè)量所消耗的能量，可以使用來(lái)自配電器的功率表，但條件是，這套設(shè)備只有一臺(tái)潛水泵。如果潛水泵的數(shù)量超過(guò)一臺(tái)，那么，為了獲得每臺(tái)泵獨(dú)立的能量消耗，每臺(tái)泵都需要一臺(tái)獨(dú)立的功率分析儀。要監(jiān)測(cè)流量，需要在井口需要安裝一臺(tái)流量計(jì)(電磁、超聲波、螺翼式水表等種類)。

　　長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)單位能耗能夠及早檢測(cè)不少問(wèn)題。這些問(wèn)題包括：由于升流管或法蘭中的泄露造成的流量損失、液壓元件之間間隙增加、葉片上的磨蝕、由于吸附粘土或淤沙，葉輪被淤沙堵塞(粘附在液壓通道上)。

　　為了說(shuō)明監(jiān)測(cè)單位能耗的有用性，我們來(lái)看一下來(lái)自兩套設(shè)施的數(shù)據(jù)。第一個(gè)例子(圖6)顯示，由于被監(jiān)測(cè)水泵的運(yùn)行點(diǎn)被移動(dòng)到能夠提供更好性能的一個(gè)新位置上，與動(dòng)態(tài)水位上升相關(guān)聯(lián)的單位能耗得到改善。