摘要：珠海市拱北水质净化厂三期工程的四台进水泵试运行不到一年就出现电机烧毁事故，通过绘制进水泵特性曲线等方法对进水泵的事故原因进行分析，并根据分析结果提出几个改进方案，通过从定性到定量上进行计算，对方案进行分析评估，最终采取切削叶轮改进方案，取得了良好的效果，可为国内同类城市污水处理厂进水泵的改造提供参考。
关键词：进水泵；事故分析；切削叶轮；泵房改造
0 引言
随着经济的高速发展和城市化建设的进行，污水管网不断扩展、完善，工业废水和生活污水量也随之增加，现有拱北厂一二期工程污水处理设施已远不能满足城市发展的需要。为了缓解珠海市拱北、前山片区的污水处理的紧张状况，拟在拱北水质净化厂厂区扩建规模为8×104m3/d的三期工程。但三期工程的四台进水泵试运行不到一年就出现电机烧毁事故。本文通过珠海市拱北水质净化厂三期工程的进水泵电机烧毁事故的工程实例，查找了事故原因，提出了改造方案，并通过方案对比，认为切削叶轮方案是一种简单经济的进水泵改造方法，特别适宜泵站扬程变化小，但偏离水泵额定扬程甚远的离心泵。
1 工程概况
拱北水质净化厂三期工程是意大利政府贷款项目，由法国水务OTV公司和意大利EMIT公司组成联合体中标而提供技术及设备，本期工程的设计规模为8×104m3/d，采用A2O污水净化处理工艺，工程于2002年9月正式投入试运行。本工程的进水泵房安装有四台进水泵，三台软启动器控制、一台变频控制，设计满负荷时采用三用一备的运行方式。工程试运行不到一年，四台进水泵电机绕组相继烧毁，酿成重大设备事故。
2 进水泵事故经过
在2002年9月72小时试运行时，进水泵就开始出现跳闸现象，冷态启动后，进水泵连续运行约5~6小时即跳闸，复位后再启动进水泵只能运行1~2小时就跳闸。为了使进水泵能连续运行，外方调试人员在没有查出进水泵频繁跳闸真正原因的情况下，短接了FLYGT泵专用保护器CAS的输出接口，调整了软启动器和变频器的过载电流，将电流定值设定为额定电流的1.25倍，这样进水泵虽然能连续运行，但因缺乏有效的保护而最终烧毁。
3 事故分析
3.1进水泵参数对比分析
四台泵在FLYGT指定厂家修复后，恢复了CAS保护，并重新设定了软启动器和变频器参数，再次投入运行，但在电流不超过额定电流的情况下，每运行1～2个小时，泵专用保护器CAS的“C”通道便报警，显示出定子线圈过热，无法稳定运行。
为了方便查找进水泵故障原因，绘制了进水泵房的平面、剖面布置图（如图1、2所示）。从图上可发现，井底至出水位置标高即静扬程H静为13.8m，应用伯努利方程式，得出进水泵扬程H＝H静+hw,其中hw为管道系统的阻力损失，根据公式经计算，hw＝0.3m，进水泵实际扬程H＝14.1m。
图1进水泵房平面布置图 图2进水泵房剖面布置图
表1原设计进水泵的参数选取
原设计要求的水泵扬程为14m，流量为1470m3/h，选择的水泵具体参数如表1所示。根据进水泵的出厂检测报告，并按ISO2548C要求，对计算得出的实际进水泵扬程和原设计进水泵的参数进行对比，发现四台进水泵都达到了检测标准，进水泵的选型符合设计要求。
3.2进水泵特性曲线对比分析
对比进水泵的参数并没发现进水泵故障原因，为此，通过进水泵出厂的试验报告绘制特性曲线，再对应特性曲线查出进水泵实际运行工况所对应的指标是否在规定范围内，寻找进水泵故障原因。
试运行时，由于污水管网不畅通导致进水量小，若开两台进水泵会容易出现进水泵频繁起停现象，因此，通过开一台进水泵运行来分析。根据进水泵实际运行发生故障的记录，得出进水泵实际运行工况如下表2所示，而进水泵出厂试验报告数据如表3所示。
表2进水泵实际运行工况
表3进水泵出厂试验报告数据
根据进水泵出厂试验报告数据绘制出水泵的特性曲线如图3所示。对应进水泵的特性曲线，可发现：
（1）进水泵实际运行过程中液位计显示的水位平均是4.9m，扬程为9.2m，显然与原进水泵设计的14.0m总扬程相差甚远。，參考绘制的进水泵特性曲线可得出，进水泵在9.2m扬程下工作时，进水泵的流量约为1830m3/h，与流量计显示的读数基本一致，表明了流量计等一切均正常。
图3进水泵特性曲线图
（2）设计的进水泵额定电流是160A，但进水泵实际运行时电流从未达到150A。从进水泵的输入功率曲线看，在叶轮直径为420mm时，最高的输入功率是77kw，以功率因数0.767、电压380V，计算得出进水泵运行时的最大电流为152.5A，表明进水泵实际运行过程中，工作电流未超出进水泵的额定电流，由此可判断定子过热不是工作电流超出额定电流所引起的。
（3）由于进水泵实际运行时的流量较高，从流量计可测出流量平均为1819m3/h，高出原设计流量约24%，这表明了进水泵实际运行工况与原设计工况点完全不符，而且是低扬程高流量，对应进水泵的特性曲线可发现，进水泵实际运行工况点在特性曲线的下端，在泵的高效区以外，超出进水泵可接受的范围，造成电机绕组过热而最终引起进水泵电机绕组烧毁。
4 改进方案分析
4.1新工况点的确认
考虑到随着污水管网的进一步完善，进水量必然会增多，同时将有多台进水泵并列运行。为此，设计院重新确认工况点为水位3.2米，即扬程为10.9米，流量为1500m3/h。
4.2方案提出并对比
为了满足新的工况点，通过查阅资料可知目前常用的措施有以下这种：
（1）更换叶轮或切削叶轮：泵的叶轮被切削后，其特性曲线Q-H相应改变；采用不同直径的叶轮，可使泵特性曲线与管道特性曲线交点改变位置，即改变运行工况。
（2）改变水泵转数：采用调整装置改变叶轮的转数，使泵工作曲线符合管路特性曲线。
（3）阀门节流：用出水阀门调节流量，人为提高输送所需压力以适应离心泵的特性。
根据管路现状，并通过技术经济比较，最终决定采取切削叶轮来改变水泵特性曲线，使新的工况点在进水泵的高效区内运行的改造方案。
4.3方案设计
（1）叶轮直径切削量的确定：
由相似定律：H1/H=(D1/D)2，其中H、H1为切割前、后泵的扬程，D、D1为切割前、后的叶轮直径，通过公式计算出：D1=（10.9/14.5）1/2×420=364mm。
（2）流量验证：
为了确保叶轮直径切削后的流量能满足新的工况点需求，下面对流量进行验证。根据切削调节工作参数换算公式：Q1/Q=D1/D，其中式中的Q、Q1为切割前、后流量，D、D1为切割前、后的叶轮直径，根据公式可计算出：Q1=1440×364/420=1248m3/h。通过验证表明，将叶轮直径切削至364mm，泵流量不能满足新的工况点要求，故只能以满足系统流量要求来确定最终的叶轮直径。
（3）据流量需求来确定切削量：
根据公式D2/D=Q2/Q来确定切削量，其中式中Q、Q2为切割前、后新工况点扬程下泵的流量，D、D2为切割前、后的叶轮直径。查进水泵的特性曲线可知，在扬程H=10.9米时，切割前Q=1650m3/h，因此根据公式可计算出：D2=420×1500/1650=382mm，而切削量为：△D=D-D2=420-382=38mm。方案实施时，考虑叶轮已有磨损、液位变化等因素，最终叶轮实际切割量为20mm，切割后叶轮实测直径为395mm，彻底解决了定子绕组过热问题，运行至今，各项性能指标均能满足系统要求，运行平稳，状况良好。
结束语
拱北水质净化厂三期工程的进水泵实施改造方案至今已运行多年，无异常情况出现。实践证明，本工程所使用的切削叶轮方案是一种简单经济的进水泵改造方法，特别适宜进水泵站扬程变化小，但偏离水泵额定扬程甚远的离心泵。
参考文献：
[1]毛正孝泵与风机（第二版）中国电力出版社
[2]孔珑.工程流体力学（第三版）.中国电力出版社,2007.
[3]杨乃冈．电动给水泵跳闸原因分析[J]．科技情报开发与经济
