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D450-603型多级泵水洗塔供水泵突然断电反转转速计算问题
某单位D450—60×3型水洗塔供水泵突然断电反转转速计算问题
一 装置情况
一九九O年,某氮肥厂新建年产一万吨甲醇生产装置中有两台水洗塔供水泵,泵型为D450—60×3,一用一备。配套电机为Y500—4,355kw,1483r/m。装置示意图如5.3—1。
图5.3—1
经现场调查了解,装置的有关详细数据资料如下:
泵:D450—60×3 二台,一用一备
设计参数:Q=450m3/h H=180m n=1480r/min η=79%
逆止阀:DN25kg/cm2,通径Dg250 旋启式,卧式安装
电 机:Y500—4 355kw 1483r/min 转动贯量MR2=11.89kgm2
出口管路:规格φ273×6 Dg261 壁厚e=6mm 无缝钢管
总长度L=40m=131.2英尺
水洗塔:塔内气压13kg/cm2
二 事故情况
一九九一年元月和二月,先后发生两次10kv外线突然停电,装置中液体倒流,因逆止阀失效,导致泵高速反转,造成电机风叶上平衡配重块与定子严重磨损,从而使电机定子线圈严重损坏和转子风叶扭弯,把转子端部拉裂。
三 处理过程和原因分析
事故发生后,用户邀请供货厂家(水泵厂、电机厂、阀门厂)以及市经委、市标准计量局等单位专家到现场分析研究和协商处理。初步意见如下:
逆止阀门质量不合格,因此突然断电后,逆止阀失效而使泵反转。
机泵反转是否就会导致电机损坏的问题,有待进一步分析研究。
从第2点意见看,当时并未肯定电机的损坏是由于反转造成的,也就是说,反转转速会达多少?电机允许反转转速是多少?如果反转转速在允许范围内,电机损坏的原因又是什么呢?
本人为了分析计算反转转速,查阅了有关参考资料,并作了分析计算。作为经验总结,将这些参数资料和计算程序整理出来,作为后来人的借鉴,是一件有意义的事情。
四 反转转速分析计算
计算依据:按照美国《泵手册》所介绍的有关泵系统水锤的计算方法及有关计算曲线资料进行计算。
假设条件
假设泵出口管路上未装逆止阀(即逆止阀完全失效,无任何关闭程度);
泵出口压力P2=1.5Mpa,即假定泵运行扬程H=150m=492.1英尺;
按H=150m查泵性能曲线,得到运行流量Q=0.154m3/s=5.44英尺3/秒,效率η=74%.
基本调查与计算:
管中初始流速V0==0.154×π=2.88m/s
初始扬程H0=150m
泵转子转动惯量(包括叶轮中的水在内)W1R2=3.3kgm2
电机转子转动惯量W2R2=11.89kgm2
机组转子总转动惯量WR2=3.3+11.89=15.19kgm2
额定转速n=1483r.min
管径Dg与管壁厚度e之比:==43.5
由Dg/e值查图5.3—2,得到波速a=4000英尺/秒
图5.3—2 在钢管中压力波的传播速度
波往反行程时间2L/a=2×=0.066秒
管路常数ρ:2ρ=a
已知:a=4000英尺/秒 V0=2.88m/s=9.45尺/秒
g=9.81m/s2=32.2英尺/秒2 H0=150m=492.1英尺
2ρ=2.39≈2.4
常数k1×2L/a的计算:
k1=91600 ==0.418
k1×=0.418×0.066=0.028≈0.03
最大反转转速:由zρ=2.4和k1×=0.03,通过图5.3—3查到
最大反转转速1483×122%=1809r/min。
五 电机反转损坏原因分析
电机允许反转转速为120%的额定转速,即允许反向转速=1483×1.2=1780r/min。又据电机厂资深技术人员讲,最高允许反向转速可达2000r/min。即为额定转速的1.35倍。因此,当反转转速为1809 r/min时,应该不至于引起电机破坏,更不至于转子配重块处被拉裂。
图5.3—3 最大反向转速
本人实地察看了电机的转子损坏情况,发现转子上的配重块的安置存在问题。如图5.3—4所示,在电机转子风叶上用单个螺栓安装一些长条形配重块,厚度在2-8mm不等。笔者认为,这些配重块紧固螺栓可能松动,松动之后,钢片
图5.3—4
配重块就会转动(如示意图所示), 就会与定子线圈磨擦,并且转子本身也将拉裂,实际情况就是如此。只是由于逆止阀质量问题,把电机损坏的主要原因归于逆止阀,最后议定由阀门厂承担事故主要责任和赔偿大部分损失费用,这实际上是不公平的。
六 心得感想和电机改进意见
电机转子风叶上配重块的紧固螺栓应有两个,并且最后要点焊防止其松动。否则,即使不高速反转,就是在正常转速下配重块也可能松动旋转造成事故。
此次事故中,阀门厂的产品质量固然有待改进,但他们缺乏处理事故的技术力量,在事故原因分析中只能任凭人说和甘受指责。
3. 电机厂也一味强调电机
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