黃移典

摘 要：海上風(fēng)電安裝平臺拔樁時利用沖樁系統(tǒng)沖洗樁靴減少樁靴出泥阻力，沖樁系統(tǒng)是平臺提升系統(tǒng)的重要組成，其可靠性直接影響到平臺安全性，在平臺海試時發(fā)現(xiàn)的沖樁系統(tǒng)控制柜軟啟動器燒壞、沖樁泵震動、電機發(fā)熱等故障需要深入調(diào)查并尋找對應(yīng)措施以確保平臺安全運營。本文通過分析故障現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因，尋找最優(yōu)的整改方案，這對平臺運營維護以及后續(xù)平臺的設(shè)計建造具有一定的參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電安裝平臺 沖樁系統(tǒng) 離心泵 軟啟動器 軸功率曲線

中圖分類號：TE95 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0024-02

根據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求該平臺共配備4根樁腿，每根樁腿設(shè)置1臺沖樁泵及1臺軟啟動器，同時每根樁腿的樁靴底面和頂面設(shè)置各8個噴嘴，供拔樁時噴沖使用。單樁流量120m?/h，壓力：5MPa，連續(xù)沖樁。供應(yīng)商據(jù)此要求選用臥式多級離心泵，級數(shù)為12級，額定揚程500m，額定軸功率315kW，額定流量120m?/h。依據(jù)試驗大綱在做沖樁試驗過程中出現(xiàn)了電氣控制3臺軟啟動器燒壞、沖樁泵震動、電機過熱等情況。本文通過分析故障、比選多種解決方案最終確定選用減少1級葉輪（由12級降至11級葉輪），實際揚程和流量滿足設(shè)計及使用要求，最終解決了軟啟動器燒損等故障。

1 故障現(xiàn)象

（1）海試期間完成樁腿提升后做拔樁試驗，依據(jù)試驗大綱要求記錄泵出口壓力5MPa時的電流如表1，由表中1可見4臺沖樁泵的實際電流均超過額定電流、泵組震動較大、電機發(fā)熱。根據(jù)公式：功率=1.732×I×U*cosφ（功率因數(shù)取0.9），實測電流及對應(yīng)功率見表1。

（2）依據(jù)試驗大綱要求“在4～5MPa的出口壓力下，泵組運行30min”，試驗人員將出口閥開到最大，準(zhǔn)備啟動泵組后關(guān)閉閥門調(diào)整壓力至5MPa，但在這一過程中4臺泵組里出現(xiàn)3臺軟啟動燒壞，僅NO.2號沖樁泵完成了相關(guān)試驗。

2 原因分析

離心泵具有轉(zhuǎn)速高、體積小、效率高、流量大、結(jié)構(gòu)簡單、輸液無脈動、性能平穩(wěn)、容易操作和維修方便等特點。在一定轉(zhuǎn)速下，通過實驗可測得揚程、功率和效率與流量的變化曲線作為泵在該轉(zhuǎn)速下的特性曲線。通過特性曲線可知在出口閥開啟最大角度時流量，最大揚程最低，電流最高；在出口閥關(guān)閉時流量為零，揚程最大，電流最小[1]。

2.1 操作問題

造成此次試驗故障的直接原因是由于試驗各方參與人員均未能充分理解該沖樁泵為大功率多級離心泵，與操作普通離心泵的經(jīng)驗不同，因而沒有采取必要的防范措施。大型離心泵應(yīng)該關(guān)小出口閥，啟動后再慢慢打開，以降低啟動電流，然后開閥至使用額定揚程要求的工況，過程中要注意軟啟動器中的電流顯示。

2.2 設(shè)備問題

（1）從圖1中可以看出該泵的關(guān)死點揚程超額定揚程達到33%（666/500=133%），超過了API610[2]標(biāo)準(zhǔn)要求較多（標(biāo)準(zhǔn)為20%），泵功率余量過大，無法在最高效率下工作，易造成汽蝕震動。

（2）最高軸功率為321.1kW，電機額定功率為315kW，額定電流310A。依據(jù)API610標(biāo)準(zhǔn)，軸功率>55kW時電機功率應(yīng)為額定軸功率1.1倍，因此該設(shè)計未能滿足電機功率需大于354kW的要求。

（3）從試驗數(shù)據(jù)可知泵的實際揚程和實際功率超過特性曲線，性能偏差達較大，而API610中規(guī)定揚程>300m時泵性能允許偏差的要求是正負5%。

（4）軟啟動器設(shè)備說明書要求屬于重載啟動時應(yīng)該選用比額定電機功率大一個規(guī)格的軟啟動器，過載保護等級需設(shè)置為30。而本設(shè)備的軟啟動未按照大一個規(guī)格原則和相應(yīng)保護等級選用軟啟動器，因此極易造成過載燒壞，。

2.3 整改方案比選

（1）增加節(jié)流孔板。增加節(jié)流孔板后，相應(yīng)的流量會隨之降低，揚程增大，電流降低。實際試驗中得知控制量程在570m時，電流310A，功率316kW，流量118m?/h，滿足設(shè)計要求。

（2）電機無過載設(shè)計。即能在最大揚程到最小揚程范圍內(nèi)任何工況點運行時，均不發(fā)生過載或因過載而燒壞電機及軟啟動，包括以下方法：①由于原配PSTX370軟啟動器改為內(nèi)接方式可承受640A，無需改為大一級的軟啟動器，僅更換大功率電機及接線方式即可做到電機滿足泵在最大揚程及最低揚程間的最大電流；②改用變頻電機及變頻器，通過變頻控制流量。這兩種方法可以徹底解決過高揚程的問題，適應(yīng)了拔樁時復(fù)雜地形的要求，為復(fù)雜條件下沖樁出泥提供了可操作余地。

（3）切削葉片或減少葉輪級數(shù)。減小葉輪直徑可以降低揚程及軸功率，使其接近額定工況點，但該方法需要施工工藝復(fù)雜，不適用現(xiàn)場修改。減少葉輪級數(shù)，該泵為臥式12級離心泵，若減少一級葉輪，可將揚程降為當(dāng)前楊程的11/12，揚程降低，軸功率降低，電流降低。在原葉輪位置改為軸套，安裝過程中需控制動平衡及震動滿足API610的要求見圖2。

2.4 方案比選確定

（1）程過低、電流過載。缺點是依據(jù)流體力學(xué)原理，節(jié)流孔板后的壓力降低可能造成沖樁困難，無法確保順利從泥中拔出。

（2）更換大功率電機，且更換為內(nèi)接方式，保留了較大揚程有利于沖樁效果，防止了過電流造成的設(shè)備故障。缺點是需更換電機及電路改造，成本較高周期較長。

（3）切削葉片，可兼顧水泵和電機的工作效率，但是在平臺上無法修改，必須拆解出倉回廠修改，且工藝復(fù)雜。拆除末端一級葉輪，揚程降低、流量不變，使泵的揚程和流量也滿足實際使用要求，現(xiàn)場施工方便周期短，且不必改變原有結(jié)構(gòu)和管路，且該不破壞泵結(jié)構(gòu)，修改可復(fù)原，從經(jīng)濟性、時效性、風(fēng)險控制等方面比選該方案都是最佳的。

3 結(jié)語

在發(fā)現(xiàn)試驗故障后積極調(diào)查、研究解決方案，鑒于平臺很快要投入風(fēng)機吊裝的運營工作，為不影響平臺插拔樁腿，確保沖樁系統(tǒng)有效噴沖樁靴海泥，處理方案中應(yīng)當(dāng)以施工周期短、施工簡單、施工費用低等為第一選擇，因此選用拆除一級葉輪來使沖樁泵滿足工作工況。鑒于此次設(shè)備故障排除可以學(xué)習(xí)到以下內(nèi)容，為后續(xù)的其他船舶設(shè)計建造、設(shè)備調(diào)試提供參考。

（1）對于新建項目中的新設(shè)備，設(shè)計人員及試驗人員應(yīng)當(dāng)深入了解其工作原理及性能。

（2）設(shè)計中不同專業(yè)的設(shè)計部門應(yīng)當(dāng)加強學(xué)習(xí)溝通，避免出現(xiàn)電氣設(shè)計與輪機設(shè)計不吻合。

（3）此次供應(yīng)商所供產(chǎn)品與提供的產(chǎn)品性能指數(shù)試驗報告不吻合，相關(guān)部門需加強對供應(yīng)商考核。

參考文獻

[1] 李秀芹，王喜坤.離心泵特性曲線的測定及分析[J].科技與中外企業(yè)家，2012（12）：88-89.

[2] 全國泵標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會編譯.GB/T 3215-2007，石油重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.endprint