立式軸流泵葉調(diào)機(jī)構(gòu)電氣改造研究

王鑫鑫

摘要：葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是水泵機(jī)組調(diào)節(jié)流量的基本裝置，針對(duì)工程運(yùn)行中出現(xiàn)的部分問題，進(jìn)行電氣部分改造。使用變頻器驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)，可編程控制器PLC做為控制單元，激光測(cè)距傳感器作為行程檢測(cè)單元，取代原有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。不僅具有自動(dòng)化程度高、故障率低、運(yùn)行可靠、可調(diào)節(jié)精度高等特點(diǎn)，還具備可拓展性能，能夠適應(yīng)各種運(yùn)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(cè)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(kù)調(diào)蓄工程梯級(jí)泵站的第二級(jí)提升泵站。主廠房?jī)?nèi)安裝4臺(tái)1600ZLQ6.67-1.60立式軸流泵，3共1備，葉輪直徑1460mm，單機(jī)流量6.67m3/s。配備4臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，單機(jī)容量355kw。主水泵為立式全調(diào)節(jié)軸流泵，肘形流道進(jìn)水，虹吸流道出水，真空破壞閥斷流。水泵軸與電機(jī)軸直接剛性聯(lián)接，水泵軸向力由電機(jī)承受，從電機(jī)端俯視，水泵為順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。葉片角度調(diào)節(jié)采用機(jī)械調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)機(jī)放在電動(dòng)機(jī)頂部，可根據(jù)不同水位、水頭，調(diào)節(jié)葉片角度，進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，在不超過機(jī)組設(shè)計(jì)負(fù)載的情況下，使機(jī)組在高效區(qū)運(yùn)行。

2.改造原因

在近幾年的設(shè)備運(yùn)行中，葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)故障時(shí)有發(fā)生，如葉片角度顯示不準(zhǔn)，上下限位失靈，電機(jī)失速等，甚至損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)，影響調(diào)水工作的正常進(jìn)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(jìn)，因此需要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提高電氣自動(dòng)化水平，出現(xiàn)故障能有及時(shí)有效反饋到遠(yuǎn)程控制端，使工作人員能夠快速準(zhǔn)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(yùn)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(jī)構(gòu)型號(hào)為JQTS-35，由傳動(dòng)電機(jī)、擺線針輪減速器、傳動(dòng)螺紋副、軸承箱、調(diào)節(jié)軸、限位機(jī)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(shí)，起動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)正轉(zhuǎn)（反）轉(zhuǎn)，經(jīng)擺線針輪減速器減速后帶動(dòng)螺紋副絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，由于絲桿軸向固定，所以調(diào)節(jié)螺母軸向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)軸承箱、調(diào)節(jié)軸一起向上（向下）移動(dòng)，帶動(dòng)水泵葉輪內(nèi)的葉片調(diào)角機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而達(dá)到調(diào)節(jié)葉片角度的目的。當(dāng)調(diào)節(jié)桿上移時(shí)，葉片向正角度方向調(diào)節(jié);當(dāng)調(diào)節(jié)桿下移時(shí)，葉片向負(fù)角度方向調(diào)節(jié)。泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)不調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)電機(jī)停機(jī)，這時(shí)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(jī)的調(diào)節(jié)軸隨泵一起旋轉(zhuǎn)，但沒有軸向運(yùn)動(dòng)，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(jī)構(gòu)機(jī)械性能較為穩(wěn)定可靠，因此本改造方案主要針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、角度檢測(cè)和控制單元進(jìn)行更新改造。

驅(qū)動(dòng)裝置：現(xiàn)有葉調(diào)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直啟方式，通過接觸器控制正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)減速器調(diào)整葉片角度。因電機(jī)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(huì)導(dǎo)致限位失效，行程超限損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)。將現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)方式改為小型變頻器驅(qū)動(dòng)，不僅能夠直接控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，還能通過頻率調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得葉角調(diào)節(jié)更加精細(xì)準(zhǔn)確。同時(shí)變頻器還具有故障自動(dòng)診斷功能，可靠性高，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。

檢測(cè)裝置：現(xiàn)有葉調(diào)機(jī)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(zhǔn)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(cè)量范圍廣，響應(yīng)速度快，測(cè)量精度高量程大，905納米安全激光對(duì)人眼無傷害，體積小安裝調(diào)試方便等特點(diǎn)。

控制系統(tǒng)：現(xiàn)有葉調(diào)機(jī)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(qiáng)，容易出現(xiàn)死機(jī)，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(chǎng)PLC控制，能夠提高控制的精準(zhǔn)度，穩(wěn)定性，以及豐富的拓展功能，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的進(jìn)準(zhǔn)控制和現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)的及時(shí)反饋。

4.結(jié)束語

在現(xiàn)有設(shè)備條件下，通過增加驅(qū)動(dòng)變頻器、更換激光測(cè)距傳感器，使用現(xiàn)場(chǎng)公用PLC進(jìn)行程序控制，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，控制，驅(qū)動(dòng)一體化改造方案。不僅能夠解決近年來葉調(diào)機(jī)構(gòu)存在的各種問題，同時(shí)通過PLC與變頻器的聯(lián)動(dòng)控制，可以將角度控制在0.001°的精度范圍，實(shí)現(xiàn)水泵出水流量更精準(zhǔn)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(jí)改造降低成本，也能為智慧泵站建設(shè)，實(shí)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(xiàn)：

[1]王金東.PLC在南水北調(diào)泗陽站水泵葉片調(diào)節(jié)裝置中的應(yīng)用[J].江蘇水利，2013，12：12-15.

[2]張燕賓.變頻器應(yīng)用教程（第3版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社：北京，2019：56.

[3]GB/T 50510-2009，泵站更新改造技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.

[4]姜慧，張虹.變頻器技術(shù)及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社：北京，2019：8.