高港樞紐軸流泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

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(jì)寧 277602

高港樞紐軸流泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

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(jì)寧 277602

江蘇省泰州引江河是一項(xiàng)以引水為主，灌溉、排澇、航運(yùn)、生態(tài)綜合利用，效益覆蓋整個(gè)蘇北地區(qū)的大型水利基礎(chǔ)工程，也是江蘇開(kāi)發(fā)“海上蘇東”的戰(zhàn)略性工程。葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)作為水泵的重要和關(guān)鍵部件之一，它在某種程度上標(biāo)志著水泵的發(fā)展水平。本文針對(duì)立式軸流泵葉片機(jī)械全調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的故障，根據(jù)運(yùn)行情況具體分析故障的原因，并提出相對(duì)應(yīng)的處理對(duì)策。

軸流泵；葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；故障分析；改進(jìn)

1 泰州引江河工程簡(jiǎn)介

江蘇省泰州引江河南起長(zhǎng)江，北接新通揚(yáng)運(yùn)河，全長(zhǎng)24km，是一項(xiàng)以引水為主，灌溉、排澇、航運(yùn)、生態(tài)綜合利用，效益覆蓋整個(gè)蘇北地區(qū)的大型水利基礎(chǔ)工程，也是江蘇開(kāi)發(fā)“海上蘇東”的戰(zhàn)略性工程。工程由泵站、節(jié)制閘、船閘、調(diào)度閘、送水閘以及110kV專(zhuān)用變電所及管理設(shè)施等組成。高港泵站設(shè)計(jì)抽排能力300m3/s，裝機(jī)容量18 000kW。其中，一期工程1#-3#機(jī)組水泵為ZLB35-4型立式半調(diào)節(jié)軸流泵，二期工程4#-9#機(jī)組水泵為ZQL35-4型立式全調(diào)節(jié)軸流泵，泵站電機(jī)均為T(mén)L2000-40/3250型立式同步電動(dòng)機(jī)。

2 軸流泵調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在高港樞紐的應(yīng)用

軸流泵的葉輪（輪轂體）上帶有葉片，根據(jù)葉片是否可調(diào)泵的性能參數(shù)改變，軸流泵分以下3種：固定式軸流泵、半調(diào)節(jié)葉片軸流泵、全調(diào)節(jié)葉片軸流泵。全調(diào)節(jié)水泵較半調(diào)節(jié)水泵來(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)調(diào)節(jié)葉片角度，以減小機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的震動(dòng)，對(duì)機(jī)組啟動(dòng)有利；可以減少對(duì)牽入力矩的要求。葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有油壓式和機(jī)械式之分。

高港樞紐二期工程所使用的是3000ZLQ35-4型全調(diào)節(jié)軸流泵調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。本調(diào)節(jié)器主要用于大型立式軸流泵以及導(dǎo)葉式混流泵實(shí)現(xiàn)葉片角度調(diào)節(jié)，其調(diào)角范圍根據(jù)不同要求可達(dá)±16度，此處根據(jù)要求為±6度。本調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，沒(méi)有液壓調(diào)節(jié)的一套輔助系統(tǒng)，減少了泵站的投資，不會(huì)污染抽送介質(zhì)，是葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)展方向。圖1 為高港樞紐機(jī)組機(jī)械全調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)剖面圖。

本調(diào)節(jié)器主要有調(diào)節(jié)系統(tǒng)和減速裝置兩大部分組成。減速裝置選用擺線針輪減速機(jī)安裝在上座上，調(diào)節(jié)系統(tǒng)有軸承部分、分離器部分和顯示部分。當(dāng)調(diào)節(jié)葉片角度時(shí)，根據(jù)調(diào)角要求，啟動(dòng)減速機(jī)，調(diào)節(jié)螺桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)分離器作上（下）移動(dòng)，再經(jīng)調(diào)節(jié)拉桿（分為上拉桿、下拉桿）轉(zhuǎn)動(dòng)水泵葉片角度。

3 存在問(wèn)題和現(xiàn)象

在試運(yùn)行時(shí)，開(kāi)機(jī)不到10分鐘，4#-9#共6臺(tái)機(jī)組就先后出現(xiàn)了嚴(yán)重的發(fā)熱現(xiàn)象，用手觸摸分離器底部外殼，溫度非常燙手，部分機(jī)組甚至從加油孔往外冒出油煙。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分離器內(nèi)軸承因高溫咬死，導(dǎo)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(diào)節(jié)拉桿產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因劇烈摩擦發(fā)熱，造成分離器下拉桿軸端、葉片調(diào)節(jié)拉桿頂端、“哈夫”形包殼三者相互咬死，并最終造成葉片調(diào)節(jié)拉桿與主機(jī)大軸間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。操作人員立刻采取緊急停機(jī)措施。

由于4#-9#機(jī)組調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)損壞比較嚴(yán)重，一時(shí)難以修復(fù)，故決定拆除調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，臨時(shí)將操作桿和大軸之間用圓銷(xiāo)固定，以保持葉片角度不變，繼續(xù)進(jìn)行試運(yùn)行，主機(jī)組運(yùn)行情況良好。

4 分析故障原因

事故發(fā)生后，對(duì)故障進(jìn)行了分析，認(rèn)為導(dǎo)致該故障的原因如下：

1）可能調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)的軸承質(zhì)量和裝配間隙有問(wèn)題；

2）可能是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)本體與主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的同心度不符合要求，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)的軸承徑向受力嚴(yán)重；

3）分離器下拉桿頭與葉片調(diào)節(jié)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(qiáng)度和同心度，同時(shí)有可能導(dǎo)致分離器下拉桿與葉片調(diào)節(jié)拉桿產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；

4）高港泵站的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和劉老澗站的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)原理相同，不同之處在于，劉老澗站的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分離器內(nèi)設(shè)有水冷卻器，而且劉老澗站的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與主機(jī)固定部分之間是絕緣的。而高港泵站4#—9#機(jī)組取消了這兩項(xiàng)。

5 采取的措施

1）分離器解體后發(fā)現(xiàn)9039440E軸承、9039244E軸承已嚴(yán)重?fù)p壞，經(jīng)研究后決定采用29440軸承和29244軸承對(duì)其進(jìn)行更換，確保分離器的正常運(yùn)行。檢查軸承間隙，發(fā)現(xiàn)其間隙偏小，對(duì)軸承受熱后的膨脹系數(shù)有影響，因此根據(jù)安裝標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整軸承壓蓋及其間隙，控制其在0.3mm～0.5mm。另外還發(fā)現(xiàn)溢油筒頂面與軸承襯套內(nèi)頂部相互摩擦，經(jīng)測(cè)量將4#-9#機(jī)組分離器的溢油筒高度尺寸減少1mm～1.3mm；

2）校正調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)本體與主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的同心度及垂直度，使其符合安裝標(biāo)準(zhǔn)；

3）葉片調(diào)節(jié)拉桿與主機(jī)大軸間未設(shè)計(jì)鍵銷(xiāo)以防兩者產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，屬于設(shè)計(jì)上的缺陷。在解體過(guò)程中發(fā)現(xiàn)4#-9#機(jī)組葉片調(diào)節(jié)上下拉桿磨損情況均比較嚴(yán)重：

4 #機(jī)：上拉桿咬死；5#機(jī)：上、下拉桿均咬死；6#機(jī)：下拉桿退出38mm后咬死；7#機(jī)：上拉桿退出30mm后咬死；8#機(jī)：上拉桿退出5mm后咬死，下拉桿未動(dòng)；9#機(jī)：上、下拉桿均咬死（上拉桿退出5mm）。對(duì)各機(jī)組根據(jù)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(jī)組拉桿頂端側(cè)面切出兩個(gè)平面，在電機(jī)軸頂端增加一個(gè)法蘭（法蘭內(nèi)圈與拉桿頂部形狀相同），以保證機(jī)組運(yùn)行時(shí)葉片調(diào)節(jié)拉桿與主機(jī)大軸間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。并將分離器下拉桿與葉片調(diào)節(jié)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(méi)有位移，并能傳遞較大的扭矩。

6 試運(yùn)行情況

根據(jù)上述意見(jiàn)，將調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)返廠重新進(jìn)行裝配，而關(guān)于增加冷卻系統(tǒng)和絕緣墊的建議，經(jīng)過(guò)多方共同商討，廠家認(rèn)為從設(shè)計(jì)角度看，取消這兩者是可行的。

重新安裝后，對(duì)4#-9#機(jī)組進(jìn)行試機(jī)，除5#、6#機(jī)組調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)行基本正常外，其余4臺(tái)機(jī)組的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均出現(xiàn)了嚴(yán)重的發(fā)熱情況，特別是4#機(jī)組，僅運(yùn)行13min分離器底部外殼就開(kāi)始燙手，且加油孔中有油煙冒出。運(yùn)行詳細(xì)情況見(jiàn)下表：針對(duì)如此嚴(yán)重的情況，經(jīng)研究決定，在4#-9#機(jī)組上采取增

機(jī)號(hào)開(kāi)機(jī)時(shí)間 停機(jī)時(shí)間 運(yùn)行時(shí)數(shù) 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(fā)黑

加調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)水冷卻器；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與主機(jī)固定部分之間增加絕緣墊；并更換已發(fā)熱的軸承；進(jìn)一步調(diào)整軸承間隙等四項(xiàng)措施。機(jī)組進(jìn)

行改進(jìn)后，再次試機(jī)，4#-9#機(jī)分別經(jīng)過(guò)3小時(shí)～7小時(shí)的運(yùn)行后，分離器底部外殼溫度逐漸趨于穩(wěn)定，6臺(tái)機(jī)組水泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

運(yùn)行基本正常。

7 結(jié)論

通過(guò)以上的種種措施，成功解決了高港泵站二期工程4#-9#機(jī)組調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的遺留問(wèn)題，保證了機(jī)組的可靠性。目前，該站調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的水冷卻器水管外壁與分離器內(nèi)潤(rùn)滑油的接觸面積為1 500cm2，運(yùn)行時(shí)每分鐘過(guò)水量3.5kg，進(jìn)出水溫度差在2℃之內(nèi)；且在改進(jìn)后的多次開(kāi)機(jī)中，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均運(yùn)行正常，未再出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。理論和實(shí)踐均證明，此類(lèi)型葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)配備水冷卻器是必須的。

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

[2]李二平.劉老澗泵站水泵機(jī)械式葉調(diào)機(jī)構(gòu)改進(jìn)[J].排灌機(jī)械，2000(1).

[3]葉淵杰，等.我國(guó)大泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于研究綜述[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2009(8).

TH312

A

1674-6708（2011）57-0037-02