南水北調(diào)泗陽(yáng)站水泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)

劉須朋

（江蘇省泗陽(yáng)閘站管理所，江蘇 泗陽(yáng)223700）

1 引 言

南水北調(diào)泗陽(yáng)泵站（簡(jiǎn)稱(chēng)泗陽(yáng)站，下同）是南水北調(diào)東線中運(yùn)河輸水線上第四梯級(jí)、淮水北調(diào)第一梯級(jí)泵站。安裝3100ZLQ33-6.3 型立式全調(diào)節(jié)軸流泵，配TL3000-48/10kV 型立式同步電動(dòng)機(jī)6 臺(tái)套，總裝機(jī)容量18000kW，單機(jī)流量為33m3/s；機(jī)組設(shè)計(jì)揚(yáng)程6.3m，水泵葉輪直徑3.1m，葉輪中心高程6.75m。泵站為堤身式塊基型結(jié)構(gòu)，采用肘形進(jìn)水流道，虹吸式出水流道，電動(dòng)式真空破壞閥斷流。泵站可利用上游來(lái)水使機(jī)組逆轉(zhuǎn)發(fā)電。泗陽(yáng)站水泵葉片角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)作用：在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，將葉片角度調(diào)節(jié)至負(fù)角度，減少啟動(dòng)力矩，便于機(jī)組牽入同步。在正常運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)不同水位、水頭，調(diào)節(jié)葉片角度，進(jìn)行調(diào)節(jié)流量，在不超過(guò)機(jī)組設(shè)計(jì)負(fù)載的工況下，使機(jī)組在高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 泗陽(yáng)站葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選型要求

水泵葉片調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)是對(duì)水泵葉片角度進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，與機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相比，采用液壓調(diào)節(jié)，操作運(yùn)行平穩(wěn)，占用空間小，機(jī)構(gòu)緊湊，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制欲操作，泗陽(yáng)站機(jī)組為大型水泵機(jī)組，調(diào)節(jié)角度變化范圍大（-8°～+4°），要求調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)操作時(shí)，承受壓力高（4.0MPa），系統(tǒng)加工件精度、系統(tǒng)工作靈敏度、密封性能、可靠性能要求高。根據(jù)泗陽(yáng)站的水泵機(jī)組流量、揚(yáng)程，葉片角度調(diào)節(jié)范圍等實(shí)際情況，選用型號(hào)為BYKJ-BD-4-25-TS01 為泗陽(yáng)站水泵機(jī)組的葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

BYKJ-BD-4-25-TS01 水泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要技術(shù)數(shù)據(jù)為：（1）額定工作壓力為4MPa；（2）受控接力器行程為-59.1～+59.55mm；（3）額定輸出流量為25L/min；（4）位置傳感器模擬輸出為0～10V。

3 機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)原理

如圖1 所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)5 接收到來(lái)自上位機(jī)要求對(duì)水泵葉片角度進(jìn)行調(diào)節(jié)的信號(hào)后，帶動(dòng)螺桿4 旋轉(zhuǎn)，與螺旋配合的螺套3 帶動(dòng)反饋桿杠6 隨著螺旋的旋轉(zhuǎn)向上（或向下）移動(dòng)，打開(kāi)配壓閥的供油口，將壓力油送入受油器的上腔（或下腔）。活塞及受油器軸桿8 隨即向下（或向上）移動(dòng)，在此調(diào)節(jié)過(guò)程中，葉片位置反饋電位計(jì)9 將葉片狀態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)回送到控制裝置，當(dāng)葉片角度到達(dá)指定位置時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程完成。在此自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程中保證手動(dòng)操作手輪1 處于拔出狀態(tài)。

圖1 BYKJ-BD-4-25-TS01 水泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)圖

當(dāng)控制裝置失電，向里推手動(dòng)操作手輪，讓齒輪傳動(dòng)咬合后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)手輪1 帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的手動(dòng)調(diào)節(jié)。

在缸體上端，裝有兩組行程開(kāi)關(guān)10，當(dāng)受油器軸桿達(dá)到其所在的極限位置時(shí)，觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)放出報(bào)警信號(hào)。并自動(dòng)切斷控制電源。

無(wú)論在何種調(diào)節(jié)狀態(tài)，當(dāng)葉片角度發(fā)生漂移時(shí)，即當(dāng)受油器軸桿偏離原位置時(shí)，將通過(guò)反饋杠桿6 的傳遞使配壓閥2 的活塞偏離中間位置，導(dǎo)致分配油口打開(kāi)向接力器上或下腔補(bǔ)油，并使受油器軸桿回復(fù)到原位置。當(dāng)受油器軸桿回復(fù)到原位置時(shí)，通過(guò)反饋杠桿6 的傳遞使配壓閥2 的活塞重新回到中間位置并將油口封閉，受油器軸桿不再移動(dòng)。

4 主要結(jié)構(gòu)

本水泵葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī)杠桿、配壓閥、反饋機(jī)構(gòu)、液壓缸等部套組成。

（1）步進(jìn)電機(jī)杠桿。步進(jìn)電機(jī)是將電氣控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移的執(zhí)行元件。它將電氣控制系統(tǒng)發(fā)出的調(diào)節(jié)指令進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為位移。由于步進(jìn)電機(jī)是由電氣信號(hào)驅(qū)動(dòng)，不使用壓力油，因此不會(huì)出現(xiàn)壓力油油質(zhì)問(wèn)題造成的卡死形象。采用杠桿傳遞的原理實(shí)現(xiàn)液壓隨動(dòng)控制。

（2）配壓閥。配壓閥是將壓力油送入受油器的關(guān)鍵部件，配壓閥的活塞桿與反饋杠桿相聯(lián)，當(dāng)反饋杠桿在步進(jìn)電機(jī)的作用下移動(dòng)時(shí)，配壓閥活塞也隨之移動(dòng)，直到將壓力油按調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求送入受油器的上腔或下腔。

（3）反饋機(jī)構(gòu)。反饋機(jī)構(gòu)由電氣反饋機(jī)構(gòu)和機(jī)械反饋機(jī)構(gòu)兩部分組成，電氣反饋將受油器軸桿的位移反饋回控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)其反饋信號(hào)發(fā)出新的調(diào)節(jié)指令。當(dāng)系統(tǒng)失電，電反饋失去作用時(shí)，機(jī)械反饋將受油器軸桿的位移反饋回配壓閥。由于系統(tǒng)采用的是負(fù)反饋，當(dāng)過(guò)調(diào)時(shí)，反饋杠桿向相反的方向帶動(dòng)配壓閥，切斷油路，使系統(tǒng)保持在所要求的開(kāi)度。

（4）液壓缸。液壓缸是將壓力油分配到水泵接力器去的主要部件，其分為上下兩腔，缸內(nèi)裝有浮動(dòng)環(huán)、密封套、受油器軸桿、壓套等部件。來(lái)自油壓裝置的壓力油，通過(guò)配壓閥進(jìn)入液壓缸的上腔或下腔。進(jìn)入上腔的壓力油通過(guò)受油器軸桿上的兩個(gè)橫孔進(jìn)入操作油管內(nèi)腔，然后進(jìn)入水泵接力器的下腔，進(jìn)入下腔的壓力油通過(guò)密封套和受油器軸桿的間隙，進(jìn)入水泵接力器的上腔。如此周而復(fù)始，完成對(duì)水泵接力器的操作。

5 結(jié) 語(yǔ)

泗陽(yáng)站選用BYKJ-BD-4-25-TS01 葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在機(jī)組抽水、發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)行了葉片角度的調(diào)節(jié)操作，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，效果良好，達(dá)到預(yù)期的目的，BYKJBD-4-25-TS0 是設(shè)計(jì)理念先進(jìn)的葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。可供同類(lèi)泵站在設(shè)計(jì)或改造時(shí)采用。

（編輯 立 明）