立式轴流泵叶调机构电气改造研究

王鑫鑫

摘要：叶片调节机构是水泵机组调节流量的基本装置，针对工程运行中出现的部分问题，进行电气部分改造。使用变频器驱动调节电机，可编程控制器PLC做为控制单元，激光测距传感器作为行程检测单元，取代原有驱动系统。不仅具有自动化程度高、故障率低、运行可靠、可调节精度高等特点，还具备可拓展性能，能够适应各种运行工况，与其他设备相互配合，很好的满足智慧泵站的建设需求。

关键词：变频器;PLC;激光测距;叶片调节

1.概述

前柳林泵站是南水北调来水调入密云水库调蓄工程梯级泵站的第二级提升泵站。主厂房内安装4台1600ZLQ6.67-1.60立式轴流泵，3共1备，叶轮直径1460mm，单机流量6.67m³/s。配备4台异步电动机，单机容量355kw。主水泵为立式全调节轴流泵，肘形流道进水，虹吸流道出水，真空破坏阀断流。水泵轴与电机轴直接刚性联接，水泵轴向力由电机承受，从电机端俯视，水泵为顺时针方向旋转。叶片角度调节采用机械调节方式，调节机放在电动机顶部，可根据不同水位、水头，调节叶片角度，进行流量调节，在不超过机组设计负载的情况下，使机组在高效区运行。

2.改造原因

在近几年的设备运行中，叶片调节机构故障时有发生，如叶片角度显示不准，上下限位失灵，电机失速等，甚至损坏机械结构，影响调水工作的正常进行。随着科学技术水平的不断提高，智慧水务建设工作也在高速推进，因此需要现场设备提高电气自动化水平，出现故障能有及时有效反馈到远程控制端，使工作人员能够快速准确发现故障，处理故障保证设备设施安全稳定运行。

3.改造方案

3.1设备原理

目前前柳林泵站安装的叶片调节机构型号为JQTS-35，由传动电机、摆线针轮减速器、传动螺纹副、轴承箱、调节轴、限位机构、显示装置等组成。其工作原理为需要调节水泵叶片角度时，起动调节电机正转（反）转，经摆线针轮减速器减速后带动螺纹副絲杆转动，由于丝杆轴向固定，所以调节螺母轴向运动，带动轴承箱、调节轴一起向上（向下）移动，带动水泵叶轮内的叶片调角机构动作，从而达到调节叶片角度的目的。当调节杆上移时，叶片向正角度方向调节;当调节杆下移时，叶片向负角度方向调节。泵正常运转不调节时，调节电机停机，这时由于螺纹副的丝杆不旋转，调节螺母自锁，调节机的调节轴随泵一起旋转，但没有轴向运动，因此叶片角度保持稳定。

3.2方案分析

现有调节机构机械性能较为稳定可靠，因此本改造方案主要针对电机驱动、角度检测和控制单元进行更新改造。

驱动装置：现有叶调机构驱动电机采用直启方式，通过接触器控制正反转，带动减速器调整叶片角度。因电机转速不可调节，故调节精度不高，并且如电源线相序接反会导致限位失效，行程超限损坏机械结构。将现有驱动方式改为小型变频器驱动，不仅能够直接控制电机正反转，还能通过频率调整电机转速，使得叶角调节更加精细准确。同时变频器还具有故障自动诊断功能，可靠性高，稳定性高等优点。

检测装置：现有叶调机构角度传感器使用拉杆式传感器，精度较差，上下限位电气性能较差，容易出现角度不准确，上下限位失灵等情况。将现有角度传感器改为激光距离传感器，其具有测量范围广，响应速度快，测量精度高量程大，905纳米安全激光对人眼无伤害，体积小安装调试方便等特点。

控制系统：现有叶调机构控制单元为一块集成电路板控制，稳定性较差，抗干扰性能不强，容易出现死机，通信中断，角度显示偏差较大等情况。将现有的控制方式改为现场PLC控制，能够提高控制的精准度，稳定性，以及丰富的拓展功能，实现上位机的进准控制和现场工作状态的及时反馈。

4.结束语

在现有设备条件下，通过增加驱动变频器、更换激光测距传感器，使用现场公用PLC进行程序控制，实现检测，控制，驱动一体化改造方案。不仅能够解决近年来叶调机构存在的各种问题，同时通过PLC与变频器的联动控制，可以将角度控制在0.001°的精度范围，实现水泵出水流量更精准更大区间的控制。本方案的改造成本较低，可以提供丰富的拓展功能及通信接口，为后续技术升级改造降低成本，也能为智慧泵站建设，实现泵站无人值守（少人值守）提供更好的硬件基础，适合在其他泵站推广使用。

参考文献：

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