新型葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在江都三站改造工程中的應(yīng)用

□朱玉兵 □丁小鋒(江蘇省江都水利工程管理處)

1.工程簡(jiǎn)介

江都第三抽水站（以下簡(jiǎn)稱“江都三站”）位于淮河、里運(yùn)河及新、老通揚(yáng)運(yùn)河交匯處，為國(guó)內(nèi)首座抽水、發(fā)電兩用的可逆式泵站，是江都水利樞紐主體工程，江蘇省江水北調(diào)的第Ⅰ級(jí)抽水工程，也是我國(guó)南水北調(diào)東線源頭抽水工程之一。江都三站于1967年7月開始興建，1969年10月竣工，2006年10月至2009年12月實(shí)施了更新改造。改造后的江都三站裝有2000ZLQ13.5-8型液壓全調(diào)節(jié)立式軸流泵10臺(tái)套，配套選用1600/450kW、28P型立式可逆電機(jī)，電機(jī)功率1600kW，電壓等級(jí)6kV，總裝機(jī)容量為16MW，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為8m，單機(jī)流量為13.5m3/s，江都三站改造后，配兩套油壓裝置，每套油壓裝置提供5臺(tái)水泵機(jī)組的葉片調(diào)節(jié)用的壓力油。

2.葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

江都三站改造后采用的全液壓葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由油壓裝置、受油器、電氣控制裝置三部分組成，并具有手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式。

2.1 油壓裝置

油壓裝置是為受油器提供壓力油源，主要由回油箱總成、儀表柜、蓄能器總成三部分組成。油壓裝置結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 油壓裝置結(jié)構(gòu)圖1.截止閥 2.蓄能器 3.進(jìn)油截止閥 4.放油截止閥 5.供油截止閥 6.電動(dòng)機(jī) 7.油泵 8.吸油過(guò)濾器 9.回油箱 10.壓力變送器 11.壓力開關(guān) 12.壓力表 13.放油截止閥 14.單向閥 15.雙濾油器 16.壓差發(fā)訊器 17.安全閥 18.主閥19.電磁卸荷閥 20.磁翻柱液位計(jì) 21.溫度變送器 22.呼吸器23.冷卻泵電機(jī) 24.冷卻器 25.冷卻泵 26.示流器 27.冷卻水出 28.冷卻水進(jìn) 29.油混水信號(hào)器 30.系統(tǒng)回油 31.系統(tǒng)回油 32.備用回油 33.放油

回油箱總成由回油箱體、油泵組、組合閥、雙濾油器、磁翻柱液位計(jì)、溫度變送器、油混水信號(hào)器等部件組成。

儀表柜總成安裝在回油箱上,在其面板上裝有3塊壓力表，一塊指示系統(tǒng)壓力,另兩塊分別指示兩臺(tái)油泵的出口壓力。

蓄能器總成主要是由皮囊式蓄能器、蓄能器專用截止閥等組成。

2.2 受油器

受油器是給水泵葉片接力器輸送壓力油的裝置，安裝在水泵電動(dòng)機(jī)的頂部，主要由雙濾油器、閥組裝配、油缸、操作油管等部件組成。受油器結(jié)構(gòu)見圖2。

1.限位開關(guān) 2.上軸桿 3.軸承 4.濾油器 5.內(nèi)管 6.外管7.底座 8.缸體 9.浮動(dòng)套 10.浮動(dòng)密封環(huán) 11.浮動(dòng)套12.浮動(dòng)密封環(huán) 13.電磁閥組 14.限位鍵圖2 受油器結(jié)構(gòu)圖

閥組裝配主要由手-自動(dòng)切換電磁閥、電液比例換向閥、手動(dòng)換向閥、壓力繼電器、單向節(jié)流閥、油道板等部件組成。

油缸是將壓力油分配到水泵接力器去的主要部件,分為上下兩腔。缸內(nèi)裝有浮動(dòng)環(huán)、密封套、操作油管、壓套等部件。

2.3 電氣控制裝置

水泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制裝置共有兩套，每套分別控制一臺(tái)油壓裝置和五臺(tái)受油器。其電氣部分采用可編程現(xiàn)場(chǎng)總線控制器核心控制單元PFC，利用觸摸屏為人機(jī)界面，與上位機(jī)配合，可進(jìn)行油壓裝置和水泵葉片的數(shù)值設(shè)定、數(shù)值、狀態(tài)顯示、模式選擇、故障報(bào)警、工況記錄，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。

3.葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分析

圖3 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.濾油器 2.手自動(dòng)切換電磁閥 3.壓力繼電器 4.電磁換向閥 5.手動(dòng)換向閥 6.液控單向閥 7.行程開關(guān) 8.傳感器9.單向節(jié)流閥 10.受油器密封套 11.受油器軸桿

液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3，來(lái)自油壓裝置的壓力油經(jīng)濾油器（1）過(guò)濾后，進(jìn)入手、自動(dòng)切換電磁閥（2）。

自動(dòng)調(diào)節(jié):手、自動(dòng)切換電磁閥（2）切換到自動(dòng)位置，壓力油通向電液比例換向閥（4）。當(dāng)電液比例換向閥接受來(lái)自控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)葉角的信號(hào)，其閥芯即會(huì)按要求的方向及速度換位，將需要的流量通過(guò)受油器的密封套或軸桿，送入水泵接力器的上腔或下腔。

手動(dòng)調(diào)節(jié)：手、自動(dòng)切換電磁閥（2）切換到手動(dòng)位置，壓力油進(jìn)入手動(dòng)換向閥（5）。壓力繼電器（3）發(fā)出手動(dòng)位置壓力油已接通的信號(hào)后，即可進(jìn)行手動(dòng)操作。向前或向后緩慢扳動(dòng)手動(dòng)換向閥的手柄,使手動(dòng)換向閥按要求的方向及速度將壓力油通過(guò)水泵葉片操作機(jī)構(gòu)的密封套或軸桿，送入水泵接力器的上腔或下腔。

在缸體的正面，裝有反饋電位計(jì)（8），當(dāng)軸桿移動(dòng)時(shí)，它可將葉角實(shí)際位置信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，形成一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程。在缸體上端，裝有兩個(gè)行程開關(guān)（7），當(dāng)水泵葉片操作機(jī)構(gòu)的軸桿達(dá)到其所在的極限位置時(shí)，觸動(dòng)行程開關(guān)，行程開關(guān)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

在電液比例換向閥（4）和手動(dòng)換向閥（5）的出口處，裝有液控單向閥（6），當(dāng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)完畢，電液比例換向閥（或手動(dòng)換向閥）切換到中間位置時(shí)，閥內(nèi)壓力油斷開，這時(shí)來(lái)自液壓缸上（下）腔的壓力油，將單向閥關(guān)閉，以保證液壓缸活塞保持在所調(diào)節(jié)的位置。當(dāng)系統(tǒng)需要再次調(diào)節(jié)時(shí)，電液比例換向閥（或手動(dòng)換向閥）切換，壓力油接通時(shí)將液控單向閥打開，壓力油通過(guò)水泵葉片操作機(jī)構(gòu)送入接力器。

葉片接力器布置在水泵軸與葉輪輪轂聯(lián)接法蘭之間，液壓活塞型，雙向運(yùn)動(dòng)。接力器進(jìn)油管從受油器經(jīng)電機(jī)軸孔、主軸孔進(jìn)入，當(dāng)葉片向正角度方向調(diào)節(jié)時(shí)，壓力油進(jìn)入活塞下部油缸，推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，活塞桿帶動(dòng)葉輪輪轂內(nèi)的連桿拐臂機(jī)構(gòu)，使葉片樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)葉片向負(fù)角度方向調(diào)節(jié)時(shí)，壓力油進(jìn)入活塞上部油缸，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)。

4.葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)

新型葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與改造前的葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相比較，具有如下主要優(yōu)點(diǎn)：

4.1 油壓裝置由于油液和壓縮氣體通過(guò)皮囊隔離開來(lái)，使油液不易被氧化變質(zhì)，明顯延長(zhǎng)了油液的老化時(shí)間，也就減少了廢油處理的次數(shù)與液量，同時(shí)還省去了油、氣不隔離式油壓裝置必須配備的中壓氣系統(tǒng)，因而在環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)方面均有積極的意義。

4.2 油壓裝置采用了斷續(xù)運(yùn)行的方式，這樣既節(jié)約了能源，也防止了油液因長(zhǎng)期連續(xù)循環(huán)運(yùn)行導(dǎo)致油溫偏高而很快變質(zhì)的弊病。

4.3 油壓裝置上采用了將安全閥、卸荷閥等組合在一起，組成組合閥的形式。這種組合閥的方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外型美觀，安全可靠，性能良好。此外，還采用了進(jìn)口壓力開關(guān)和變送器進(jìn)行控制和報(bào)警，動(dòng)作靈敏，性能可靠。

4.4 采用浮動(dòng)環(huán)密封結(jié)構(gòu)，油壓裝置將軸與套間的軸向密封改為浮動(dòng)環(huán)與浮動(dòng)環(huán)體的平面密封，浮動(dòng)環(huán)與軸接觸。當(dāng)軸產(chǎn)生擺動(dòng)時(shí)浮動(dòng)環(huán)與其一起擺動(dòng)，而在浮動(dòng)環(huán)與浮動(dòng)環(huán)體間有一定的間隙,這個(gè)間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電機(jī)軸的擺動(dòng)量，所以當(dāng)電機(jī)軸在運(yùn)行中產(chǎn)生擺動(dòng)時(shí)，軸與套間就不會(huì)產(chǎn)生劇烈摩擦,使運(yùn)行更加可靠。

4.5 由比例閥數(shù)字式直接控制葉片角度。系統(tǒng)原理更加簡(jiǎn)單，自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)下的性能更加優(yōu)越。利用比例閥數(shù)字式控制原理，其調(diào)節(jié)精度可達(dá)4‰，為泵站的自動(dòng)化控制、實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)行管理奠定了基礎(chǔ)。反饋上采用全電氣反饋的形式，精度高，顯示準(zhǔn)，安裝調(diào)整方便。

4.6 為保證調(diào)節(jié)性能，在系統(tǒng)中采用了過(guò)濾精度為20μm的精密雙筒油過(guò)濾器，保證了油質(zhì)的清潔，可以保證在不停機(jī)的情況下拆換濾芯進(jìn)行清洗。

4.7 控制系統(tǒng)PFC不僅具有一般PLC所具有的一切功能,而且支持目前主流的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議,具有標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線接口,可以輕松的接入各種現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)。其自動(dòng)控制功能可適應(yīng)油壓裝置和水泵葉片的各種運(yùn)行工況，與其他設(shè)備相配合，能很好的滿足泵站無(wú)人值班少人值守的運(yùn)行要求。

4.8 從系統(tǒng)的配置上，PFC系統(tǒng)取消了多余的繼電器邏輯控制，更加安全。此外，控制柜一方面可實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制葉片角度，也可以通過(guò)控制柜形成閉環(huán)自動(dòng)控制葉角，及通過(guò)控制柜手動(dòng)調(diào)整葉角，控制柜直接控制油壓裝置的自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)將油壓裝置的運(yùn)行參數(shù)送至上位機(jī)。

5.葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)維護(hù)要點(diǎn)

5.1 應(yīng)保證油泵與油管的聯(lián)接緊密，保證密封性能良好。

5.2 應(yīng)保證組合閥上安全閥調(diào)節(jié)螺釘鎖母處于鎖緊狀態(tài)，防止其松動(dòng)后整定值漂移，產(chǎn)生誤動(dòng)作。

5.3 運(yùn)行完畢后應(yīng)將蓄能器中的油液放盡，并用充氮工具檢查皮囊內(nèi)氮?dú)獾膲毫?，控制?.2MPa左右，如有漏氣應(yīng)檢查補(bǔ)充氮?dú)饣蚋鼡Q皮囊。

5.4 首次投入使用三個(gè)月后，應(yīng)對(duì)油液進(jìn)行一次檢查過(guò)濾，以后半年檢驗(yàn)一次油液污染程度及變質(zhì)情況，一般每?jī)赡旮鼡Q一次液壓油。

5.5 回油箱中的油位應(yīng)保持在標(biāo)準(zhǔn)油位以上，發(fā)現(xiàn)油位低于正常油位后，要及時(shí)補(bǔ)充同牌號(hào)液壓油。

5.6 應(yīng)經(jīng)常檢查空氣濾清器，每月至少取出清洗一次。

5.7 如發(fā)現(xiàn)濾芯堵塞時(shí)應(yīng)投入備用濾芯,更換或清洗被堵塞的濾芯。

5.8 應(yīng)定期檢查受油器上各聯(lián)接件的密封性，不能有漏油現(xiàn)象。

5.9 受油器安裝時(shí)應(yīng)保證軸承處有一定的擺動(dòng)量。

6.結(jié)語(yǔ)

江都三站新改造機(jī)組自投入運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)過(guò)了抽水和發(fā)電運(yùn)行，葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定，與改造前相比：

一是實(shí)現(xiàn)了泵站輔機(jī)自動(dòng)化管理，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

二是減輕了泵站運(yùn)行管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得巡視檢查和葉片調(diào)節(jié)更加方便。

三是機(jī)組葉片角度調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、通信及遠(yuǎn)程控制功能為實(shí)現(xiàn)泵站系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行提供了條件。

四是減少了泵站中壓空氣壓縮系統(tǒng)，使原副廠房不再擁擠，既節(jié)約了投資，也減少了運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用。

五是實(shí)現(xiàn)葉片自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)功能，避免了原來(lái)的葉片調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行過(guò)程中角度保持不住，在運(yùn)行中兩個(gè)小時(shí)就要人為調(diào)節(jié)葉片角度的現(xiàn)象。

［1］湯正軍.江都水利樞紐志［M］.南京：河海大學(xué)出版社，2004.

［2］王傳嶺，孫中博，黃長(zhǎng)亮.YZ型油壓蓄能裝置在引灤泵站中應(yīng)用［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2008,S1:76-77.

［3］雍成林，朱承明，闞永庚，等.水泵葉片液壓調(diào)節(jié)受油器結(jié)構(gòu)形式的探討［J］.南水北調(diào)與水利科技，2010,8(5):162-165