盐官泵站大型斜轴泵叶片开度调节装置改造简析

周伟丰,丁 伟,严正国

(嘉兴市杭嘉湖南排工程盐官枢纽管理所,浙江 海宁 314400)

1 泵站概述

盐官泵站位于浙江嘉兴海宁盐官镇东钱塘江边,是杭嘉湖南排工程的骨干工程。泵站总装机容量8000 kW,共设4台单机2000 kW 大型斜轴泵,泵型为 3800ZXQ—2.8斜15°全调节轴流泵,设计流量50 m3/s,设计扬程2.8 m,叶片直径3.8 m,叶片调节范围-8～+8°。配用电机功率为2000 kW的同步电机,转速为1500 r/min,中间级用齿轮箱减速,叶片转速为90 r/min。

2 泵组叶片调节装置结构和受力分析

大型全调节轴流泵叶片调节传动操作机构,有液压式和机械式两种,盐官泵站泵组叶片调节装置为机械式全调节,调节范围为-8～+8°。调节装置主要由叶片调节电机、减速器、调节分离器、叶片传动机构等组成。叶片角度调节时,叶片调节电机经摆线针轮减速器减速后,带动丝杆(Tr120×6)转动,使分离器上下移动,分离器与拉杆用联轴器相连,从而带动叶片传动机构动作。叶片传动机构主要由拉杆、操作架、耳柄、连杆和拐臂等组成。操作架与耳柄为刚性连接,耳柄与连杆、连杆与拐臂之间,均采用铰接,拐臂与叶片轴之间的连接为刚性。当拉杆上下推拉时,操作架、耳柄及连杆随之一起运动,而拐臂只能转动,因而达到了转动叶片的目的。正常运行时,水泵叶片很少调节,只是根据水位变化情况(此时扬程也变化),按装置特性曲线,调节叶片的角度,使机组在高效区运转,即能在较大的工况变化范围内,保持高效率运行。启动时将叶片调至负角度,减少启动力矩,使电动机易于牵入同步,投入正常运转。

水泵运行时,水泵转轴旋转带动叶片旋转,水从吸水管进入高速旋转的叶轮,流经扭曲的叶片后得到能量。水流经旋转叶轮时,叶片将受到各种力的联合作用,包括水压力、离心力、重力和粘性力等的作用。为适应工况的变化,需经常对轴流泵叶片进行调节,调节时叶片还会受到各种阻力矩的作用,主要包括水力矩、摩擦力矩和离心力矩。当叶片进行调节时,首先要克服支反力引起的摩擦力作用,即摩擦力矩。在相同叶片角度下,摩擦力矩随流量的增加而减小;相同流量下,摩擦力矩随叶片角度的增加而增加。当轴流泵旋转时,由于离心力方向一般不是和叶片转动枢轴共面,会形成对叶片转轴的作用力矩,即离心力矩。此力矩与旋转角速度、叶片安装角及叶片几何尺寸有关。

3 调节装置结构改造原因及过程

盐官泵站机组于1998年8月安装完成。原设计的调节装置拉杆由上拉杆、主轴拉杆、下拉杆组成。主轴拉杆两头分别与上拉杆、下拉杆用螺纹套筒连接,各用2个M10×40螺钉径向紧定、防相对转动。拉杆装在带通孔的主轴内,用锡青铜轴承作支撑。正常情况下,主轴通过叶片调节机构带动拉杆一起转动,所以设计上是合理的。

2003年初,泵站检修人员对泵组常规检查时,发现1#泵叶片实际角度在-12°左右,转子体端盖被顶破,产生“V”形裂缝,主轴与轮毂体腔内漏满了水,拉杆及叶片调节机构严重锈蚀。其他泵组也有类似情况:实际角度与指示角度不符,在端盖不顶破的情况下,主轴孔腔内及轮毂体内也有较多水。

分析事故产生原因:①盐官泵站进水池为内河人工开挖河道,水位稳定;出水池为钱塘江,受潮汐影响,钱塘江水位每天有2个涨落过程,最大落差达6～7 m,泵组为变工况运行,又要避开每天2个潮头高水位,机组启动比较频繁,钱塘江涨潮带来的泥沙淤积在出水池门口处,使得开机时高功率工况时间长,如此高功率开机、变负荷运行、频繁启动对机组运行冲击比较大,会使叶片轴与轮毂体密封装置的压环螺钉松动,拉杆两套筒螺母连接处及其紧定螺钉松动,从而导致拉杆向外旋出,下拉杆带动操作架向下推顶端盖,严重时就会顶及甚至顶破转子体端盖;②叶片轴与轮毂体外缘交接处密封装置 “入”型密封不当,及其压环和压环螺钉严重锈蚀,使流过叶片的水沿叶片轴渗入轮毂体内,从而导致叶片调节机构及主轴孔腔内拉杆严重锈蚀,锈蚀后拉杆支撑处摩擦力加大。水泵正常运转时从进水方向看逆时针转。摩擦力加大后,下拉杆与主轴拉杆、主轴拉杆与上拉杆产生相对转动,叶轮带动叶片调节机构的下拉杆转动,使两连接套筒螺母处松脱旋出,拉杆带动操作架向下推顶,叶片角度也随之发生改变,松脱严重就导致端盖被顶破。

2003年10月,对4台泵组调节装置进行了改造(见图1):①在原齿轮箱拉杆 (上拉杆)的上部铣一扁平面,配置带有扁平面的压板,套在齿轮箱拉杆上,将该压板与齿轮箱低速轴用螺栓固定。这样齿轮箱拉杆与轴就一起同步运转;②将转轮拉杆 (下拉杆)与泵轴拉杆 (主轴拉杆)原套筒螺母改为采用法兰连接,这样就保证了转轮拉杆与泵轴拉杆也与轴一起同步转动,拉杆之间的连接也就不会松开,操作架也不会动作,叶片角度也不会随意改变,端盖就不会顶破;③拉杆由中碳钢改为不锈钢材,增强抗腐蚀性,减少拉杆支撑处摩擦力。“入”型密封处压环由普通碳素钢改为不锈钢材,以防压环严重锈蚀而使密封松动渗水。

图1 调节装置改造剖面图

4 调节装置的改造成效和不足

改造后至今共使用近6 a,每台泵运行约500 h。期间,泵站检修人员每年对4台泵组进行常规泵内检查:转轮端盖、入型密封压环、叶片角度位置、各拉杆等部件都处于正常状态,无松脱及顶破现象。现泵组调节装置得到有效改善,泵组调节装置改造取得成功。不足之处:①齿轮箱拉杆与主轴拉杆的连接受尺寸限制,未改为法兰连接,仍可能有松脱的现象;②叶片轴与轮毂体外缘交接处密封装置 “入”型密封型式不当,还有渗水现象,应改为“V”型密封。

5 结 语

盐官泵站调节装置的改造过程对同类型大型机械式全调节泵的设计、制造、运行管理等都有借鉴意义。

(责任编辑 姚小槐)

贯彻落实中央和省委部署要求 促进经济发展方式转变浙江省水利厅党组理论学习中心组在杭召开学习会

2010年3月9日,浙江省水利厅党组中心组召开学习会,传达学习中央领导同志在省部级主要领导干部深入贯彻落实科学发展观加快经济发展方式转变专题研讨班上的重要讲话和省政府全体会议精神。厅党组书记、厅长陈川主持会议。在杭厅领导陈川、褚加福、虞洁夫、章国方、劳功权、祝永华及各处室、中心、总站负责人参加会议。

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