大型贯流泵机组可靠性研究

论文摘要

大型贯流泵机组在机、电、水等方面均有可能发生故障,如叶片调节机构失效、绝缘击穿和轴承失效等,影响泵机组可靠性。因此,研究和提高贯流泵机组关键部件可靠性有重要意义。本文在“十一五”国家科技支撑计划重点项目、全国百篇优秀博士学位论文作者专项基金项目等资助下,开展对大型贯流泵机组可靠性的研究。贯流泵机组系统复杂,其可靠性主要由关键易磨易损部件的可靠性决定。本文分析比较了贯流泵机组结构形式、支撑受力特性与水力特性,提出了贯流泵机组支撑的设计原则；研究确定关键部件失效的判断标准；计算了叶轮进口的汽蚀余量并判断了叶片易汽蚀部位,考虑叶片表面粗糙度、材料的抗汽蚀强度及泵机组年运行时间,求出了叶片最易汽蚀部位基于可靠度的汽蚀寿命；计算了闭式齿轮箱的轮齿磨损模糊可靠度；比较了不同轴承特点,采用指数分布失效密度函数计算了单个滚动轴承与轴承系统的可靠度；从起停机特性、可靠性、管理性、经济运行等方面综合比较了泵机组的工况调节方式,根据故障树法计算了液压叶片调节系统的失效概率,求解基于可靠度的液压调节机构寿命。影响贯流泵机组维修性的因素有关键部件安装检修步骤、泵机组结构,本文分析计算了年运行5000h贯流泵机组的故障及相应检修时间,维修度为95%时,15种贯流泵机组大修时间范围为148.67h-203.23h,比较了不同贯流泵机组维修性的优劣。算例贯流泵机组运行3.25a时的可靠性为90.35%,此时轴承系统的可靠度91.04%,修复轴承后泵机组的可靠度提高到99.24%；继续运行3.25a泵机组可靠性为89.7%,此时轴承系统、叶片调节机构、齿轮箱、叶片与电机的可靠性分别为91.04%、98.59%、99.92%、100%、100%,再次修复轴承后泵机组的可靠度提高到98.52%；继续使用1.5a,贯流泵机组的可靠性降为90.35%,叶轮运转9年后可靠性会快速降低,因此机组运行8年时需修复叶轮,修复轴承系统、齿轮箱与叶片后,泵机组的可靠性提高到98.29%。为提高贯流泵机组可用度,提出了提高电机与齿轮箱可靠性的措施、选择泵机组传动方式、导轴承与推力轴承选用、工况调节方式选择原则。由于轴承易失效,应提高其固有可靠性或其结构便于拆装检修。确定了导轴承座安装高程以保证泵机组运行时电机空气间隙与水泵叶片间隙均匀,控制各部件的安装要素以提高泵机组整体安装质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 大型贯流泵机组可靠性研究的目的和意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 贯流泵机组关键部件
• 1.2.2 贯流泵机组结构受力与振动
• 1.2.3 运行环境对电机可靠性的影响
• 1.2.4 贯流泵机组维修性
• 1.3 大型贯流泵机组可靠性存在的主要问题
• 1.4 本文主要工作
• 2 大型贯流泵机组结构受力分析
• 2.1 贯流泵机组支撑结构
• 2.1.1 混凝土流道灯泡贯流泵机组
• 2.1.2 金属管段流道灯泡贯流泵机组
• 2.1.3 竖井贯流泵机组
• 2.1.4 轴伸贯流泵机组
• 2.1.5 贯流泵机组主轴系受力分析
• 2.1.6 主轴系变形
• 2.2 贯流泵机组轴系振动分析
• 2.2.1 机组振动原因
• 2.2.2 振动对轴承可靠性的影响
• 2.3 贯流泵机组支撑形式比较分析
• 2.3.1 支撑形式对机组可靠稳定性的影响
• 2.3.2 支撑形式对泵装置水力性能的影响
• 3 贯流泵机组关键部件的可靠性
• 3.1 贯流泵配套电机绝缘可靠性
• 3.1.1 电机绝缘可靠性的影响因素
• 3.1.2 空气湿度对电机可靠性的影响
• 3.2 贯流泵叶轮可靠性
• 3.2.1 贯流泵汽蚀余量
• 3.2.2 基于可靠度的水泵叶片汽蚀寿命
• 3.3 贯流泵机组传动机构可靠性
• 3.3.1 灯泡贯流泵机组传动方式
• 3.3.2 灯泡贯流泵机组传动方式比较
• 3.3.3 贯流泵机组传动方式应用实例分析
• 3.3.4 基于可靠性的齿轮间接传动寿命
• 3.4 贯流泵机组轴承可靠性
• 3.4.1 贯流泵机组轴承
• 3.4.2 贯流泵机组轴承可靠性
• 3.5 叶片调节机构可靠耐久性
• 3.5.1 变角调节方式
• 3.5.2 水泵机组工况调节方式比较
• 3.5.3 叶片轴流泵常用叶片全调节机构
• 3.5.4 叶片液压调角系统可靠性
• 4 大型贯流泵机组维修性
• 4.1 贯流泵机组维修存在的问题
• 4.1.1 贯流泵机组结构对维修性的影响
• 4.1.2 贯流泵机组维修存在的问题
• 4.2 贯流泵机组主要故障及其检修
• 4.2.1 电机
• 4.2.2 轴承
• 4.2.3 齿轮箱传动机构
• 4.2.4 叶片调节机构
• 4.3 大型贯流泵机组维修度计算
• 4.3.1 典型贯流泵机组维修过程分析
• 4.3.2 典型贯流泵机组维修度计算及其比较
• 4.4 提高贯流泵机组维修性的措施
• 5 大型贯流泵机组可靠性
• 5.1 可修复系统可用度计算方法
• 5.1.1 马尔科夫过程
• 5.1.2 贯流泵机组系统的可用度计算方法
• 5.2 典型贯流泵机组可靠性计算
• 6 提高贯流泵机组可靠性的措施
• 6.1 提高贯流泵机组关键部件可靠性
• 6.1.1 提高电机可靠性措施
• 6.1.2 提高灯泡贯流泵机组传动可靠性
• 6.1.3 提高贯流泵机组轴承可靠度
• 6.1.4 贯流泵装置工况调节方式选择原则
• 6.2 提高贯流泵机组结构可靠性与维修性设计要素
• 6.3 保证贯流泵机组安装质量
• 6.3.1 控制贯流泵机组安装的要素
• 6.3.2 导轴承座安装高程确定
• 6.4 改善贯流泵机组运行环境
• 6.4.1 有效减振减小振动对泵机组可靠性的影响
• 6.4.2 改善贯流泵机组关键部件的运行条件
• 7 总结与展望
• 7.1 研究成果总结
• 7.2 今后研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目及完成的学术论文