高港樞紐軸流泵葉片調節機構的改進

趙翠萍，王 霞，張雪峰

1.江蘇省泰州引江河管理處，江蘇泰州 225321

2.韓莊水利樞紐管理局，山東濟寧 277602

高港樞紐軸流泵葉片調節機構的改進

趙翠萍1，王 霞1，張雪峰2

1.江蘇省泰州引江河管理處，江蘇泰州 225321

2.韓莊水利樞紐管理局，山東濟寧 277602

江蘇省泰州引江河是一項以引水為主，灌溉、排澇、航運、生態綜合利用，效益覆蓋整個蘇北地區的大型水利基礎工程，也是江蘇開發“海上蘇東”的戰略性工程。葉片調節機構作為水泵的重要和關鍵部件之一，它在某種程度上標志著水泵的發展水平。本文針對立式軸流泵葉片機械全調節機構出現的故障，根據運行情況具體分析故障的原因，并提出相對應的處理對策。

軸流泵；葉片調節機構；故障分析；改進

1 泰州引江河工程簡介

江蘇省泰州引江河南起長江，北接新通揚運河，全長24km，是一項以引水為主，灌溉、排澇、航運、生態綜合利用，效益覆蓋整個蘇北地區的大型水利基礎工程，也是江蘇開發“海上蘇東”的戰略性工程。工程由泵站、節制閘、船閘、調度閘、送水閘以及110kV專用變電所及管理設施等組成。高港泵站設計抽排能力300m3/s，裝機容量18 000kW。其中，一期工程1#-3#機組水泵為ZLB35-4型立式半調節軸流泵，二期工程4#-9#機組水泵為ZQL35-4型立式全調節軸流泵，泵站電機均為TL2000-40/3250型立式同步電動機。

2 軸流泵調節機構在高港樞紐的應用

軸流泵的葉輪（輪轂體）上帶有葉片，根據葉片是否可調泵的性能參數改變，軸流泵分以下3種：固定式軸流泵、半調節葉片軸流泵、全調節葉片軸流泵。全調節水泵較半調節水泵來說，有以下幾個優點：通過調節葉片角度，以減小機組啟動時的震動，對機組啟動有利；可以減少對牽入力矩的要求。葉片調節機構有油壓式和機械式之分。

高港樞紐二期工程所使用的是3000ZLQ35-4型全調節軸流泵調節機構。本調節器主要用于大型立式軸流泵以及導葉式混流泵實現葉片角度調節，其調角范圍根據不同要求可達±16度，此處根據要求為±6度。本調節器的特點：結構簡單，維修方便，沒有液壓調節的一套輔助系統，減少了泵站的投資，不會污染抽送介質，是葉片調節系統的發展方向。圖1 為高港樞紐機組機械全調節機構剖面圖。

本調節器主要有調節系統和減速裝置兩大部分組成。減速裝置選用擺線針輪減速機安裝在上座上，調節系統有軸承部分、分離器部分和顯示部分。當調節葉片角度時，根據調角要求，啟動減速機，調節螺桿旋轉帶動分離器作上（下）移動，再經調節拉桿（分為上拉桿、下拉桿）轉動水泵葉片角度。

3 存在問題和現象

在試運行時，開機不到10分鐘，4#-9#共6臺機組就先后出現了嚴重的發熱現象，用手觸摸分離器底部外殼，溫度非常燙手，部分機組甚至從加油孔往外冒出油煙。調節機構分離器內軸承因高溫咬死，導致頂端用“哈夫”形包殼連接和固定的分離器下拉桿頭與葉片調節拉桿產生相對轉動，因劇烈摩擦發熱，造成分離器下拉桿軸端、葉片調節拉桿頂端、“哈夫”形包殼三者相互咬死，并最終造成葉片調節拉桿與主機大軸間產生相對轉動。操作人員立刻采取緊急停機措施。

由于4#-9#機組調節機構損壞比較嚴重，一時難以修復，故決定拆除調節機構，臨時將操作桿和大軸之間用圓銷固定，以保持葉片角度不變，繼續進行試運行，主機組運行情況良好。

4 分析故障原因

事故發生后，對故障進行了分析，認為導致該故障的原因如下：

1）可能調節機構內的軸承質量和裝配間隙有問題；

2）可能是調節機構本體與主機轉動部分的同心度不符合要求，導致機組運行時調節機構內的軸承徑向受力嚴重；

3）分離器下拉桿頭與葉片調節拉桿頂端用“哈夫”形包殼連接和固定，這種方式不能保證連接的強度和同心度，同時有可能導致分離器下拉桿與葉片調節拉桿產生相對轉動；

4）高港泵站的調節機構和劉老澗站的調節機構原理相同，不同之處在于，劉老澗站的調節機構分離器內設有水冷卻器，而且劉老澗站的調節機構與主機固定部分之間是絕緣的。而高港泵站4#—9#機組取消了這兩項。

5 采取的措施

1）分離器解體后發現9039440E軸承、9039244E軸承已嚴重損壞，經研究后決定采用29440軸承和29244軸承對其進行更換，確保分離器的正常運行。檢查軸承間隙，發現其間隙偏小，對軸承受熱后的膨脹系數有影響，因此根據安裝標準，調整軸承壓蓋及其間隙，控制其在0.3mm～0.5mm。另外還發現溢油筒頂面與軸承襯套內頂部相互摩擦，經測量將4#-9#機組分離器的溢油筒高度尺寸減少1mm～1.3mm；

2）校正調節機構本體與主機轉動部分的同心度及垂直度，使其符合安裝標準；

3）葉片調節拉桿與主機大軸間未設計鍵銷以防兩者產生相對轉動，屬于設計上的缺陷。在解體過程中發現4#-9#機組葉片調節上下拉桿磨損情況均比較嚴重：

4 #機：上拉桿咬死；5#機：上、下拉桿均咬死；6#機：下拉桿退出38mm后咬死；7#機：上拉桿退出30mm后咬死；8#機：上拉桿退出5mm后咬死，下拉桿未動；9#機：上、下拉桿均咬死（上拉桿退出5mm）。對各機組根據情況分別采取割斷上、下拉桿，更換上、下拉桿及螺母等措施。在4#-9#機組拉桿頂端側面切出兩個平面，在電機軸頂端增加一個法蘭（法蘭內圈與拉桿頂部形狀相同），以保證機組運行時葉片調節拉桿與主機大軸間不會產生相對轉動。并將分離器下拉桿與葉片調節拉桿之間的哈夫連接改成靠背輪連接，把兩軸剛性固定在一起。這樣兩軸之間沒有位移，并能傳遞較大的扭矩。

6 試運行情況

根據上述意見，將調節機構返廠重新進行裝配，而關于增加冷卻系統和絕緣墊的建議，經過多方共同商討，廠家認為從設計角度看，取消這兩者是可行的。

重新安裝后，對4#-9#機組進行試機，除5#、6#機組調節機構運行基本正常外，其余4臺機組的調節機構均出現了嚴重的發熱情況，特別是4#機組，僅運行13min分離器底部外殼就開始燙手，且加油孔中有油煙冒出。運行詳細情況見下表：針對如此嚴重的情況，經研究決定，在4#-9#機組上采取增

機號開機時間 停機時間 運行時數 備注4 8日13∶34 8日13∶47 13m 分離器底部外殼燙手，加油孔冒煙5 8日10∶07 9日16∶30 5h13m 分離器底部外殼溫度正常6 8日16∶55 8日22∶22 5h27m 分離器底部外殼溫度正常7 9日10∶22 9日12∶22 2h 分離器底部外殼燙手

8 8日17∶00 8日20∶25 3h25m 分離器底部外殼燙手9 8日17∶05 8日20∶02 2h57m 分離器底部外殼燙手，油色發黑

加調節機構水冷卻器；調節機構與主機固定部分之間增加絕緣墊；并更換已發熱的軸承；進一步調整軸承間隙等四項措施。機組進

行改進后，再次試機，4#-9#機分別經過3小時～7小時的運行后，分離器底部外殼溫度逐漸趨于穩定，6臺機組水泵葉片調節機構

運行基本正常。

7 結論

通過以上的種種措施，成功解決了高港泵站二期工程4#-9#機組調節機構的遺留問題，保證了機組的可靠性。目前，該站調節機構的水冷卻器水管外壁與分離器內潤滑油的接觸面積為1 500cm2，運行時每分鐘過水量3.5kg，進出水溫度差在2℃之內；且在改進后的多次開機中，調節機構均運行正常，未再出現發熱現象。理論和實踐均證明，此類型葉片調節機構配備水冷卻器是必須的。

[1]仇寶云，劉超.泵站水泵葉片調節方式概論[J].水泵技術，1997(4).

[2]李二平.劉老澗泵站水泵機械式葉調機構改進[J].排灌機械，2000(1).

[3]葉淵杰，等.我國大泵葉片調節機構應用于研究綜述[J].中國農村水利水電，2009(8).

TH312

A

1674-6708（2011）57-0037-02