八里灣泵站機組液壓頂轉子裝置系統改造分析

崔慶福，王 鵬

（南水北調東線山東干線泰安管理局，山東 泰安271512）

八里灣泵站是南水北調東線工程的第十三級抽水泵站，工程主體包括主副廠房、進出水渠、辦公樓、機修車間、主機組、輔機系統、變配電設備等工程設施。八里灣泵站設計調水流量為100m3/s，設計揚程4.78m，安裝4臺（套）3150ZLQ33.4-4.78型立式軸流泵（三用一備），配TL2800-52P型同步電動機。水泵葉輪直徑為3150mm，單機設計流量33.4m3/s，單機功率2800kW，總裝機容量1.12萬kW。

1 液壓頂轉子裝置系統改造的原因

按照水利部的調水要求，八里灣泵站機組在每年10月至次年的5月底運行，汛期停運。每次啟動前或停機48h后再次啟動時必須先頂起機組轉子，給長時間靜止貼合的電機推力軸瓦及推力頭鏡板結合面充油，形成油膜，降低啟動力矩，避免燒瓦，保證機組能夠正常運行。目前八里灣泵站采用由一臺移動式液壓頂轉子裝置分別對4臺機組的液壓頂組加壓操作，然后人工進行觀測液壓頂的復位情況，費力費時，且存在諸多不安全因素。

此操作方式存在如下缺陷：一是安裝液壓油管及觀測液壓頂的復位情況時，工作人員需反復踩爬垂直扶梯，存在人員跌落風險；二是觀測液壓頂的復位情況時，人工肉眼觀測有死角，一旦液壓頂出現不回位，少有忽略就有可能發生運行事故；三是移動式液壓裝置的液壓油管快速接頭在裝拆過程中有液壓油滲出，油管表面和地面易被污染；四是頂車裝置笨重，頂車過程繁瑣，電源線和液壓管路冗長，連接和收納麻煩。

2 改造思路及特點

根據用戶提出的要求及頂轉子操作的特點，本項目按以下思路進行設計：一是液壓裝置由移動式設計為固定式，每臺機組由獨立的一臺液壓裝置為其液壓頂提供動力源。二是每臺機組由獨立的一套控制系統對其頂轉子過程進行自動測控。三是采用觸摸屏監視和控制。四是保留手動操作功能。五是液壓動力操作電源和測控電源在無操作及操作完成后自動切除。

改造的特點：一是保留了每臺機組定轉子的單獨操作功能。工作人員在每臺機組進行操作時，最大限度避免對已運行機組的誤操作。二是根據現場條件，液壓裝置及管路可全部裝在隱蔽處，保證了聯軸層原有的清潔。三是操作電源自動切除的設計，使該裝置避免了無意識操作和誤操作。

3 改造裝置組成及關鍵技術措施

3.1 系統組成

1）控制系統。設有控制油泵啟停、調節液壓閥位置，防止過壓力損壞設備、監控頂起行程等功能。

2）液壓系統。包括電機、油泵、電磁轉向閥、溢流閥組、油箱等。各自參數：油箱容積為25L；柱塞泵額定工作壓力20MPa；電機額定功率為1.5kW；液壓閥壓力等級60MPa。

3）油管。采用高壓軟管與液壓頂組管路連接。連接采用原插拔式，確保在特別情況下也可以繼續使用原有的移動式液壓裝置進行頂轉子操作。

4）千斤頂。利用原有千斤頂，根據電機實際結構情況，確定轉子頂升高度范圍為3～5mm，本裝置設定為4±0.5mm。

3.2 關鍵技術措施

1）防止偏頂。每臺機組設4個千斤頂，均采用等壓供油方式，以保證各千斤頂油壓均衡，避免因頂升力和頂升速度的差異而造成偏頂。

2）千斤頂。通過轉子位置傳感器，來控制千斤頂頂起高度，以防止轉子頂升過量。

3）液壓閥。正向供油時，千斤頂頂升。反向供油時，千斤頂復位。處于中間位置時，油管系統保壓，千斤頂保持位置。這些功能滿足了轉子頂起后，需保持一定的時間和頂升后需要強制復位的要求。

4）系統工作壓力計算及保護設置。溢流閥工作壓力：Pn=1.2～1.3P0。Pn的設定應滿足3個以上的千斤頂正常工作方可頂起轉子的要求，避免兩點偏頂。過壓力保護繼電器工作壓力Pn取千斤頂頂升力P0的1.1倍。

5）電氣控制。一是千斤頂行程指示。根據液壓定位置傳感器傳回的數據，反饋到控制箱顯示界面，同時點亮相應的指示燈，確保千斤頂在安全位置，并設有指示燈試驗按鈕，以便檢查指示燈是否正常。二是系統過壓雙重保護。分別為壓力繼電器和溢流閥。當系統壓力達到Pn=1.1P0時，壓力繼電器動作，液壓閥回復到中間位置，油泵停止運行，同時，過壓力指示燈亮。若系統壓力超過Pn=1.2～1.3P0范圍時，溢流閥溢流。

4 測控裝置系統設計

4.1 裝置功能

裝置功能包括：1）監控機組的轉子位置狀態；2）監控機組4個液壓頂位置狀態；3）觸摸屏控制和監視；4）一鍵啟動，頂轉子操作過程自動完成；5）具有無操作自動切斷電源及操作結束后自動切斷電源功能；6）具有手動操作功能。

4.2 系統設計

1）測控單元部分：包括控制器1套，觸摸屏1塊，控制繼電器和按鈕，液壓裝置控制電路等，安裝在控制箱內（如圖1）。

圖1 測控單元線路原理示意圖

2）傳感器部分：液壓頂位置傳感器4套，轉子位置傳感器2套，安裝在機組內。

4.3 控制箱設計

控制箱面板設計分為上下兩部分：上部為頂車裝置操作屏。下部為視頻監控屏。中間設急停按鈕和指示燈，其余操作按鈕均設在箱內，以防不當操作。

通過改造，用現在的液壓頂轉子系統，僅1個人在1min內便可完成，且兼容了安全可靠、自動化程度高、快捷便利等優點，提高了工作效率，滿足了機組的運行安全和人員的人身安全要求。

5 應用前景

本裝置已成功應用于八里灣泵站4臺3150ZLQ33.4-4.78水泵機組的頂轉子項目，收到了自動、安全、可靠、快捷的使用效果。本裝置著重于解決普通頂車裝置操作復雜、可靠性差、費力費時的實際情況?？赏茝V應用到給排水、電力、化工等領域的較復雜的頂轉子項目，并為其他類型的頂轉子裝置的設計、計算提供參考。