深井潛水泵的維護

2013-05-07 世界泵業(yè) 世界泵業(yè)

　　一般來說，對潛水泵所做的維護大多是修復(fù)性的，這主要是因為潛水泵的安裝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，就無法再接近而進行維護，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用非常高;所以，修復(fù)性維護之外的其他維護措施可能都不具備經(jīng)濟性。在這種情況下，潛水泵相關(guān)設(shè)施的正確設(shè)計就變得非常重要了，正確的設(shè)計可以延長潛水泵及其部件在發(fā)生故障前的運轉(zhuǎn)時間。

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

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

　　2.延長干預(yù)間隔時間，降低維護成本;

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

　　多數(shù)情況下，不發(fā)生故障妨礙正常運轉(zhuǎn)，是不會拆卸和重裝潛水泵組的。因此，在故障出現(xiàn)時，我們不僅要在規(guī)定的時間內(nèi)修好泵，確保服務(wù)(上述第1個目標)，同時做出適當?shù)母倪M，以延長泵在下一次故障前的運轉(zhuǎn)時間(上述第2個目標)，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個目標)。

　　相關(guān)設(shè)備的設(shè)計

　　為確保獲得理想的服務(wù)，重要的一點是，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)計階段通常會出現(xiàn)的錯誤有：

　　* 認為水越多越好。安裝過大的泵會導致各種問題(渾濁、過度啟動/停止動作、增加電力消耗、加大購買設(shè)備的投資等)，這對使用者沒有任何好處。另外，對井本身而言，會造成過濾器的堵塞、井套的坍塌、水質(zhì)惡化(如鹽水侵蝕)等等。

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

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

　　* 沒有考慮電機的冷卻。潛水泵電機依靠水在抽吸進入水泵之前，在水泵外面循環(huán)的水流來進行冷卻。這種水流速度建議高于0.5米/秒，低于2.5米/秒。為實現(xiàn)這點，可以改變電機直徑、安裝一個冷凍夾套來增加冷卻速率，或?qū)惭b深度調(diào)整到井套直徑不同的某個點上。

　　* 安裝的升流管過小，通常會導致高壓力損失，從而增加整體揚程，移動運行點。這會導致無法達到所需流量。

　　* 沒能夠提供必要的元件，控制所建議的運行參數(shù)：流量、靜態(tài)和動態(tài)水位、能耗、電壓、渾濁度、運行時間、電機和水溫等。

　　* 泵在井中的位置選擇不當。將設(shè)備安裝在錯誤的位置上，會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)生干運轉(zhuǎn)。另外，在井套進水口濾網(wǎng)前面安裝水泵，可能會造成水的渾濁和泥沙沉積。另外一個可能產(chǎn)生的問題是，電機冷卻不良，其原因是由于在選定的點上，電機與井套直徑間的關(guān)系不恰當，造成冷卻速率不合格，或者是因為泵位于井的過濾網(wǎng)之下(圖3和圖4)，使得水進入到液壓元件內(nèi)(而不是冷卻電機)。

泵位于井的過濾網(wǎng)之下

　　基于狀態(tài)的維護保養(yǎng)

　　為了超越僅僅進行修復(fù)性維護和在故障發(fā)生前進行預(yù)防的做法，對一系列參數(shù)進行常規(guī)監(jiān)測是種重要措施，它能夠?qū)磳l(fā)生的故障發(fā)出適時警報，從而執(zhí)行基于狀態(tài)的維護(CBM)系統(tǒng)。

　　基于狀態(tài)的維護并不能免除修理或與節(jié)約與故障相關(guān)的費用，但是，可以讓我們預(yù)見故障的發(fā)生，從而減少與計劃外停機相關(guān)的影響和費用。此外，早期干預(yù)可讓人們更加精確地確定問題根源(而不會被更加嚴重的損壞所掩蓋)，有助于人們得出結(jié)論，采取措施改進將來的運行狀態(tài)。

　　振動分析是旋轉(zhuǎn)機械普遍采用的基于狀態(tài)的維護方法;但是，這種方法不能用于潛水泵。對潛水泵進行的這種維護，建議進行監(jiān)測的參數(shù)包括：

　　* 電機絕緣

　　* 電機溫度

　　* 采出水的渾濁度

　　* 水流量

　　* 動態(tài)水位

　　* 能耗

　　* 單位能耗(該參數(shù)涵蓋上述三項)

　　* 其他電氣參數(shù)：電流、功率等

　　另外，對于所有設(shè)備來說，控制運轉(zhuǎn)時間和機器的啟動次數(shù)也很重要。

　　電機絕緣

　　由于潛水泵安裝在地面之下，可供測量之電動機絕緣點，是位于地面上的動力電纜端部。因此，測得的數(shù)據(jù)是對應(yīng)于線纜和電機的組合絕緣狀態(tài)。

　　跟蹤這個參數(shù)的方法有兩種：

　　* 采用歐姆計定期測量絕緣電阻。

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

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

　　電機溫度

　　為了跟蹤電動機溫度，需要在水泵安裝之前，在水泵電機上安裝一個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。

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

　　電機正常運行溫度的變化可以讓人們在早期探測到許多故障狀態(tài)，包括設(shè)備的機械故障(如推力軸承)、電機冷卻狀態(tài)的變化、水泵運行點的變化、電源的變化(電壓低等)。電機溫度增高的一個后果，通常是定子線圈的燒毀;因此，監(jiān)測這個參數(shù)，可防止電機線圈的重新纏繞。

　　渾濁度

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

　　1)靜態(tài)和動態(tài)水位升高。渾濁度(通常是突然發(fā)生的)與一個地區(qū)的大量降水有關(guān)。由于有數(shù)量眾多的地表水，渾濁的水會進入含水層。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)和動態(tài)水位降低。由于缺少雨水，水的庫存量減少，渾濁度逐漸顯現(xiàn)。渾濁度之所以出現(xiàn)，是因為水位降低造成地表水進入量的減少，從而造成水的進入速度增加。水流速度的增加會從含水層中吸入細小的顆粒。

　　3)動態(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)，則渾濁度是由進水速度的增加產(chǎn)生的，這會阻礙那些比運動著的顆粒還大的顆粒。如果抽吸速率沒有增加，則表明是由于井套問題導致的額外的壓頭損失，促使井套外面周圍空間的顆粒進入，或者促使含水層內(nèi)的顆粒進入。在這種情況下，建議中斷運行，拆卸泵浦設(shè)備，對井套內(nèi)部進行視頻檢查，查找問題。

　　在泵的安裝過程中，這種跟蹤檢查可以在沒有特殊設(shè)備的情況下進行。因此，在已經(jīng)裝好的設(shè)備上也可以進行這種檢查。對于潛水泵而言，泥沙進入是“經(jīng)典”問題之一。潛水泵的結(jié)構(gòu)是為抽吸清水而設(shè)計的，但是，可以容許25-50毫克/升的泥沙含量。這個含量是非常高的，例如，當泥沙含量為50毫克/升時，一臺電動泵每天工作24小時，每小時提升150立方米水，一天就會抽吸180公斤泥沙，一個月會抽吸泥沙5.4噸，一年將達到將近65噸的泥沙。

　　另外，那么多數(shù)量的固體物質(zhì)在泵里流動，也會損壞井的結(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，要做的事情通常很簡單，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極限以下就可以了。有時，改變泵在井中的位置，就可以達到這個效果。

　　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。在此所說的高度，是指總高度，即水井中水的動態(tài)水位加上從地面算起的高度。

　　要監(jiān)測這個多元參數(shù)，需要使用一系列設(shè)備。就監(jiān)測動態(tài)水位而言，在設(shè)計過程中，就應(yīng)該對此予以考慮，因為一旦水泵安裝到位，要再安裝一個測量水位的系統(tǒng)，就要拆卸水泵，在多數(shù)情況下，這種做法是不經(jīng)濟的。要測定距離地面的高度，需要安裝一個壓力計或壓力傳感器。要測量所消耗的能量，可以使用來自配電器的功率表，但條件是，這套設(shè)備只有一臺潛水泵。如果潛水泵的數(shù)量超過一臺，那么，為了獲得每臺泵獨立的能量消耗，每臺泵都需要一臺獨立的功率分析儀。要監(jiān)測流量，需要在井口需要安裝一臺流量計(電磁、超聲波、螺翼式水表等種類)。

　　長時間監(jiān)測單位能耗能夠及早檢測不少問題。這些問題包括：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)。

　　為了說明監(jiān)測單位能耗的有用性，我們來看一下來自兩套設(shè)施的數(shù)據(jù)。第一個例子(圖6)顯示，由于被監(jiān)測水泵的運行點被移動到能夠提供更好性能的一個新位置上，與動態(tài)水位上升相關(guān)聯(lián)的單位能耗得到改善。