中置式叶角调节机构在宝应泵站的应用

朱玉兵，魏强林，朱建军，曹美萍

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 江都 225200)

中置式叶角调节机构在宝应泵站的应用

朱玉兵，魏强林，朱建军，曹美萍

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 江都 225200)

叶片调节机构是大型水泵的重要组成部分，结构比较复杂，加工精度、安装要求都比较高。介绍了几种常用的叶片角度调节方式，列举了中置式叶角调节机构在南水北调宝应泵站的应用，分析了中置式叶角调节机构的结构和特点，与其他调节机构相比较，中置式叶角调节机构具有诸多优点，实践证明了中置式叶角调节机构在宝应泵站的运行是成功的。

叶片调节方式；中置式；叶角调节机构；油压装置

1 工程概况

南水北调宝应泵站位于扬州市宝应县范水镇境内，作为南水北调东线一期工程的水源工程，其主要作用是与江都抽水站共同组成第一级抽水站，以满足南水北调规划确定的东线一期工程抽江水 500m3/s北送的要求，并可结合抽排里下河地区涝水[1]。泵站选用3500HDQ-7.6型立式导叶式液压全调节混流泵，配TL-3400/48立式同步电动机4台套，水泵叶轮球面直径3500mm，设计扬程7.6m，单泵设计流量33.4m3/s，配套电机功率3400kW，总装机容量13600kW。

2 常用叶片调节方式介绍

泵站调节水泵运行工况的方式有多种，根据叶片在叶轮上能否调节安装角度，将其分为固定式、半调节式和全调节式三种[2]。固定式一般在小型水泵上应用，半调节式和全调节式一般在大型水泵上应用。所谓半调节方式就是根据水泵抽水时间内大部分运行时间的扬程，在运行前调整好叶片角度，使水泵在运行季节大部分时间可在高效区运行，简言之就是水泵在运行时间内不可以调节叶片角度，必须事先根据所需要的扬程和流量，要在停机拆泵状态下方可调节叶片角度。全调节方式就是水泵不但可以在停机不拆泵的状态下调节叶片角度，也可以在不停机状态下（运行中）调节叶片角度，以获得水泵运行的最高效率。

3 水泵性能调节方式介绍

水泵性能的调节方式主要有：变角调节（改变叶片安装角）、变速调节（改变水泵转速）、变径调节（改变叶轮直径）、变阀调节（改变管路阻力）[3]。在目前国内的大型泵站中，尤其是泵型为轴流泵、混流泵的泵站多以变角全调节方式为主，而水泵叶片角度全调节又有停机全调节、运行中全调节之分。水泵叶片角度全调节方式主要是机械全调节和液压全调节两种类型。

（1）机械式全调节工作原理是由调节电机正、反向旋转，经减速器产生扭矩，并通过分离器上的调节丝杆，将分离器做上、下轴向运动，经拉杆系统作用于叶片转角机构，使叶片做正、负向转动，达到调节叶片角度之目的。这种机构实质上是一种齿轮减速机构，利用齿轮传动中速比与传递的扭矩成反比的关系，将调节电机的高速小扭矩转换成低速传动齿轮的大扭矩，以实现叶片调节所需要的调节力。

（2）液压式全调节机构的工作原理是通常采用将压力油通过装于中空的电动机和泵轴内的油管，进入叶轮轮毂内的活塞上方或下方，使活塞上移或下移，带动操作架上升或下降，再通过曲柄连杆机构带动叶片沿叶片轴心线旋转，从而改变叶片安装角使叶片角度得到调节。

（3）根据设计原理和工程经验，机械全调节和液压全调节因特点不同，应用范围也不同，机械全调节一般应用于水泵直径小于 2500mm或配套功率2000kW以下的轴流泵及混流泵，调节力适中，具有投资节省、运行可靠、无污染等特点。但在直径大于2500mm或配套功率大于2000kW时，运行效果并不理想，因而通常采用液压全调节。液压全调节具有调节力大、机械磨损件少及运行稳定等特点，因此是大中型泵站水泵叶片角度调节方式的首选。

（4）水泵叶片角度调节采用液压全调节方式后，水泵在运行中，可根据泵站上、下游水位的变化，随时改变水泵叶片的安装角度，使水泵在各种工况下保持在高效区稳定运行，以提高泵站的经济效益，或使电机经常满载运行，充分发挥电机的能力，增加水泵流量。同时水泵开机时以小角度起动，可以降低起动转矩，有利于机组牵入同步。而以大角度停机，又可降低有害的反转力矩，缩短倒转时间，提高机组的安全可靠性。

4 中置式叶角调节机构的结构及特点

宝应泵站水泵叶片角度调节机构主要由受油器、接力器、配压阀、操作机构组成，受油器安装在调节器底座架上，受油器结构见图1。底座架用双层胶木绝缘板与电机隔离，安装在电机顶部。接力器为液压活塞型，采用中置式结构（即安装在电机轴和水泵轴连接法兰之间）。压力油通过配压阀的分配，分别通入受油器中的内外油管，进入接力器活塞的上、下油腔，促使活塞上、下移动，带动操作拉杆上、下移动，从而使叶片转动，达到调节叶片角度的目的，叶片转动调节机构见图2。当叶片角度调到预定位置时，通过回复机构使配压阀活塞恢复到中间平衡位置。配压阀的压力油分配，通过调节器上的调叶减速机构来实现。

配压阀的压力油来源于专门的油压装置。

图1 受油器结构

图2 叶片转动调节机构

5 油压装置

在大型泵站中，油压装置是用来产生和供给叶片调节机构的压力油设备。宝应泵站共装配两套油压装置，1＃油压装置为日本日立公司生产，供1#、2#主水泵调节机构用油；2＃油压装置为国内天津天骄公司生产，供3#、4#主水泵调节机构用油。

（1）日立公司的1＃油压装置所配蓄能器很小，靠油泵连续运行向泵站液压系统供油。当叶片需要调节时，油泵直接供油给叶片调节系统；当叶片不需要调节时，油泵补充液压系统漏油。由于油泵输油量远远大于液压系统的漏油量，大部分油液又通过阀组排回至油箱。蓄能器只起稳定系统压力的作用。

（2）天骄公司的2＃油压装置所配蓄能器较大，首先由油泵向蓄能器打油，通过控制柜对油泵的控制，使蓄能器的油压维持在一定的压力范围之内，叶片调节系统用油取自蓄能器，当叶片需要调节时，需要消耗一定的压力油，当蓄能器的工作油压降到工作压力下限时，油泵启动，给蓄能器补油，当油压上升到工作油压上限时，油泵停止，从而使蓄能器的油压维持在一定范围内。当叶片不调节时，蓄能器只补充液压系统的漏油，油泵启动时间短，停止时间长，从而实现油泵的断续运行（实际在运行中由于液压系统漏油比较多，因此2＃油压装置的油泵停止时间比较短，工作时间比较长，目前正在考虑改进）。天骄公司的油压装置在必要时也可以实现连续运行。

6 中置式叶片角度调节机构的优点

传统的泵站液压调节机构是将调节机构的接力器（油缸，内部装有活塞，活塞连带拉杆传动调节力）安装在水泵的叶轮轮毂内部，再通过机械机构拉动叶片角度，使之可以调节，如南水北调江都站改造前的水泵，极易发生密封漏油造成水质污染，且在漏油后致使操作系统失灵导致叶片调节困难等缺点。

国外许多制造厂商如日本的日立（HITACHI）、西岛(TONISHIMA)和荏原(EBARA)、德国的 VOITH 集团、奥地利的 ANDRITZ集团等更新了设计思路，采用了新技术对液压机构进行改造，提出了环保型大型水泵液压调节系统的概念，也就是中置式叶片角度调节机构，叶片操作机构采用与机械调节系统类似的拉杆系统，同时采用无油润滑的叶片枢纽密封结构彻底解决了水泵旋转部件在水体中的漏油问题，既保证系统可靠、又保证水质无污染，而且油压根据调节力采用高等级油压（最高压力已达到10MPa）使得液压调节机构紧凑，保证了运行可靠和维护方便。宝应站中置式叶片角度调节机构的优点具体表现在：

（1）采用调节系统的活塞装置安放在水泵轴与电机轴之间后，叶片枢轴采用无油润滑的结构，能够适应于不同类型的大型水泵。

（2）油压接力器采用日立公司具有国内领先技术——中置式油压结构，该结构安装、维护方便，最大的特点是水泵叶轮和泵轴内没有压力油，使水泵从结构上彻底解决了传统采用的下置式油压结构因叶轮内压力油泄漏而污染水质的问题，为南水北调工程提供符合环保要求的水泵。该技术在国内水泵技术中没有先例，为国内首创。

（3）叶片调节机构受油器引进日立公司具有国内领先的成熟技术，其结构紧凑可靠、调节力大、调节平稳可靠、控制精确，保证了水泵运行的可靠性。最大调节力达70t，为目前国内水泵调节力之最。

（4）叶轮内的叶片操作机构（球接头）及叶片转动轴承采用无油润滑轴承，排除了叶轮内的润滑油泄漏而污染水质的可能。球接头及叶片转动轴承的结构、材料和制造工艺在水泵技术中未有先例，为首创技术。

（5）叶片密封采用新型的“V”型密封技术，“V”型开口向外，在外部水压的作用下，使“V”型开口张大，两边紧贴密封面，防止外部的水进入叶轮室内，起到良好的密封作用，而国内传统的“λ”型密封主要是防止转轮腔内的油泄漏，因此当叶轮内无油，外部水压大于叶轮内部压力时，“λ”型密封已不适用于该结构。“V”型密封解决了“λ”型密封封油不封水的问题，在国内大型全调泵技术中首次使用。

7 结束语

中置式叶角调节机构通过现代控制技术的优化调度软件实现了泵站及水泵的优化控制，在国外大型水泵和水轮机的应用上取得了丰富的成功经验，而在国内大型泵站和水电站建设中也非常少见。南水北调工程建成后，泵站年运行时间约在5000h左右，机组运行的可靠性、稳定性和高效率极其重要，因此通过引进先进的调节技术和控制系统实现泵站的优化运行，不仅具有显著的经济效益，而且通过该项技术的消化吸收，还可以提高国内大型水泵生产加工技术水平，促进国内的水泵加工技术与国际先进水平的同步。

通过宝应站建成之后的实际运行情况来看，该叶片角度调节机构运行稳定、可靠，确保了宝应泵站运行的安全和高效，充分发挥了泵站的工程效益，为提高泵站设备生产质量提供了经验，也为南水北调工程其他泵站的建设提供了较好的借鉴。

[1] 滕海波, 仇宝云, 汤正军, 等．南水北调宝应泵站新技术的应用[J]. 排灌机械, 2007，（3）：21-26．

[2] 俆泽林. 泵站机电设备维修工与泵站运行工[M].郑州：黄河水利出版社, 1995.

[3] 刘超. 泵站经济运行[M]. 北京：中国水利电力出版社, 1995.

审稿人：吴新润

Application of the Intermediate Blade Angle Ajusting Equipment in Baoying Pumping Station

ZHU Yu bing, WEI Qianglin, ZHU Jianjun, CAO Meiping(Jiangdu Water Conservancy Engineering Administration Division, Jiangdu 225200, China)

Blade angle adjusting equipment is an important part of a large pump. The structure is complex, the machining accuracy and the installation requirements are both high. Several common adjusting manners of blade angle were introduced in this paper. Application of the intermediate blade angle ajusting equipment in Baoying pumping station was listed. The structure and characteristics of the intermediate blade angle ajusting equiment were analysed. Compared with another adjusting equipment, the intermediate blade angle adjusting equipment has a lot of advantages. And practice has proved that application of the intermediate blade angle adjusting equipment in Baoying pump station was successful.

blade angle adjusting manner；intermediate；blade angle ajusting equipment；hydraulic device

TH313

B

1000-3983(2012)02-0046-03

2011-10-20

朱玉兵（1976-），1997年毕业于南京动力高等专科学校，主要从事泵站建设管理方面的研究，工程师。