立式軸流泵葉調(diào)機構(gòu)電氣改造研究

王鑫鑫

摘要：葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)是水泵機組調(diào)節(jié)流量的基本裝置，針對工程運行中出現(xiàn)的部分問題，進行電氣部分改造。使用變頻器驅(qū)動調(diào)節(jié)電機，可編程控制器PLC做為控制單元，激光測距傳感器作為行程檢測單元，取代原有驅(qū)動系統(tǒng)。不僅具有自動化程度高、故障率低、運行可靠、可調(diào)節(jié)精度高等特點，還具備可拓展性能，能夠適應(yīng)各種運行工況，與其他設(shè)備相互配合，很好的滿足智慧泵站的建設(shè)需求。

關(guān)鍵詞：變頻器;PLC;激光測距;葉片調(diào)節(jié)

1.概述

前柳林泵站是南水北調(diào)來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程梯級泵站的第二級提升泵站。主廠房內(nèi)安裝4臺1600ZLQ6.67-1.60立式軸流泵，3共1備，葉輪直徑1460mm，單機流量6.67m3/s。配備4臺異步電動機，單機容量355kw。主水泵為立式全調(diào)節(jié)軸流泵，肘形流道進水，虹吸流道出水，真空破壞閥斷流。水泵軸與電機軸直接剛性聯(lián)接，水泵軸向力由電機承受，從電機端俯視，水泵為順時針方向旋轉(zhuǎn)。葉片角度調(diào)節(jié)采用機械調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)機放在電動機頂部，可根據(jù)不同水位、水頭，調(diào)節(jié)葉片角度，進行流量調(diào)節(jié)，在不超過機組設(shè)計負載的情況下，使機組在高效區(qū)運行。

2.改造原因

在近幾年的設(shè)備運行中，葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)故障時有發(fā)生，如葉片角度顯示不準，上下限位失靈，電機失速等，甚至損壞機械結(jié)構(gòu)，影響調(diào)水工作的正常進行。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，智慧水務(wù)建設(shè)工作也在高速推進，因此需要現(xiàn)場設(shè)備提高電氣自動化水平，出現(xiàn)故障能有及時有效反饋到遠程控制端，使工作人員能夠快速準確發(fā)現(xiàn)故障，處理故障保證設(shè)備設(shè)施安全穩(wěn)定運行。

3.改造方案

3.1設(shè)備原理

目前前柳林泵站安裝的葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)型號為JQTS-35，由傳動電機、擺線針輪減速器、傳動螺紋副、軸承箱、調(diào)節(jié)軸、限位機構(gòu)、顯示裝置等組成。其工作原理為需要調(diào)節(jié)水泵葉片角度時，起動調(diào)節(jié)電機正轉(zhuǎn)（反）轉(zhuǎn)，經(jīng)擺線針輪減速器減速后帶動螺紋副絲桿轉(zhuǎn)動，由于絲桿軸向固定，所以調(diào)節(jié)螺母軸向運動，帶動軸承箱、調(diào)節(jié)軸一起向上（向下）移動，帶動水泵葉輪內(nèi)的葉片調(diào)角機構(gòu)動作，從而達到調(diào)節(jié)葉片角度的目的。當調(diào)節(jié)桿上移時，葉片向正角度方向調(diào)節(jié);當調(diào)節(jié)桿下移時，葉片向負角度方向調(diào)節(jié)。泵正常運轉(zhuǎn)不調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)電機停機，這時由于螺紋副的絲桿不旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)螺母自鎖，調(diào)節(jié)機的調(diào)節(jié)軸隨泵一起旋轉(zhuǎn)，但沒有軸向運動，因此葉片角度保持穩(wěn)定。

3.2方案分析

現(xiàn)有調(diào)節(jié)機構(gòu)機械性能較為穩(wěn)定可靠，因此本改造方案主要針對電機驅(qū)動、角度檢測和控制單元進行更新改造。

驅(qū)動裝置：現(xiàn)有葉調(diào)機構(gòu)驅(qū)動電機采用直啟方式，通過接觸器控制正反轉(zhuǎn)，帶動減速器調(diào)整葉片角度。因電機轉(zhuǎn)速不可調(diào)節(jié)，故調(diào)節(jié)精度不高，并且如電源線相序接反會導(dǎo)致限位失效，行程超限損壞機械結(jié)構(gòu)。將現(xiàn)有驅(qū)動方式改為小型變頻器驅(qū)動，不僅能夠直接控制電機正反轉(zhuǎn)，還能通過頻率調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，使得葉角調(diào)節(jié)更加精細準確。同時變頻器還具有故障自動診斷功能，可靠性高，穩(wěn)定性高等優(yōu)點。

檢測裝置：現(xiàn)有葉調(diào)機構(gòu)角度傳感器使用拉桿式傳感器，精度較差，上下限位電氣性能較差，容易出現(xiàn)角度不準確，上下限位失靈等情況。將現(xiàn)有角度傳感器改為激光距離傳感器，其具有測量范圍廣，響應(yīng)速度快，測量精度高量程大，905納米安全激光對人眼無傷害，體積小安裝調(diào)試方便等特點。

控制系統(tǒng)：現(xiàn)有葉調(diào)機構(gòu)控制單元為一塊集成電路板控制，穩(wěn)定性較差，抗干擾性能不強，容易出現(xiàn)死機，通信中斷，角度顯示偏差較大等情況。將現(xiàn)有的控制方式改為現(xiàn)場PLC控制，能夠提高控制的精準度，穩(wěn)定性，以及豐富的拓展功能，實現(xiàn)上位機的進準控制和現(xiàn)場工作狀態(tài)的及時反饋。

4.結(jié)束語

在現(xiàn)有設(shè)備條件下，通過增加驅(qū)動變頻器、更換激光測距傳感器，使用現(xiàn)場公用PLC進行程序控制，實現(xiàn)檢測，控制，驅(qū)動一體化改造方案。不僅能夠解決近年來葉調(diào)機構(gòu)存在的各種問題，同時通過PLC與變頻器的聯(lián)動控制，可以將角度控制在0.001°的精度范圍，實現(xiàn)水泵出水流量更精準更大區(qū)間的控制。本方案的改造成本較低，可以提供豐富的拓展功能及通信接口，為后續(xù)技術(shù)升級改造降低成本，也能為智慧泵站建設(shè)，實現(xiàn)泵站無人值守（少人值守）提供更好的硬件基礎(chǔ)，適合在其他泵站推廣使用。

參考文獻：

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