南水北调泗阳站水泵叶片调节机构的选型设计

刘须朋

（江苏省泗阳闸站管理所，江苏 泗阳223700）

1 引 言

南水北调泗阳泵站（简称泗阳站，下同）是南水北调东线中运河输水线上第四梯级、淮水北调第一梯级泵站。安装3100ZLQ33-6.3 型立式全调节轴流泵，配TL3000-48/10kV 型立式同步电动机6 台套，总装机容量18000kW，单机流量为33m3/s；机组设计扬程6.3m，水泵叶轮直径3.1m，叶轮中心高程6.75m。泵站为堤身式块基型结构，采用肘形进水流道，虹吸式出水流道，电动式真空破坏阀断流。泵站可利用上游来水使机组逆转发电。泗阳站水泵叶片角度调节机构作用：在机组启动时，将叶片角度调节至负角度，减少启动力矩，便于机组牵入同步。在正常运行时，可根据不同水位、水头，调节叶片角度，进行调节流量，在不超过机组设计负载的工况下，使机组在高效区运转。

2 泗阳站叶片调节机构选型要求

水泵叶片调节结构是对水泵叶片角度进行调节的装置，与机械调节机构相比，采用液压调节，操作运行平稳，占用空间小，机构紧凑，易于实现自动化控制欲操作，泗阳站机组为大型水泵机组，调节角度变化范围大（-8°～+4°），要求调节机构操作时，承受压力高（4.0MPa），系统加工件精度、系统工作灵敏度、密封性能、可靠性能要求高。根据泗阳站的水泵机组流量、扬程，叶片角度调节范围等实际情况，选用型号为BYKJ-BD-4-25-TS01 为泗阳站水泵机组的叶片调节机构。

BYKJ-BD-4-25-TS01 水泵叶片调节机构主要技术数据为：（1）额定工作压力为4MPa；（2）受控接力器行程为-59.1～+59.55mm；（3）额定输出流量为25L/min；（4）位置传感器模拟输出为0～10V。

3 机构调节原理

如图1 所示，当步进电机5 接收到来自上位机要求对水泵叶片角度进行调节的信号后，带动螺杆4 旋转，与螺旋配合的螺套3 带动反馈杆杠6 随着螺旋的旋转向上（或向下）移动，打开配压阀的供油口，将压力油送入受油器的上腔（或下腔）。活塞及受油器轴杆8 随即向下（或向上）移动，在此调节过程中，叶片位置反馈电位计9 将叶片状态信号实时回送到控制装置，当叶片角度到达指定位置时，步进电机停止转动，自动调节过程完成。在此自动调节过程中保证手动操作手轮1 处于拔出状态。

图1 BYKJ-BD-4-25-TS01 水泵叶片调节机构液压系统图

当控制装置失电，向里推手动操作手轮，让齿轮传动咬合后，通过旋转手轮1 带动螺杆转动，实现对结构的手动调节。

在缸体上端，装有两组行程开关10，当受油器轴杆达到其所在的极限位置时，触动行程开关，行程开关放出报警信号。并自动切断控制电源。

无论在何种调节状态，当叶片角度发生漂移时，即当受油器轴杆偏离原位置时，将通过反馈杠杆6 的传递使配压阀2 的活塞偏离中间位置，导致分配油口打开向接力器上或下腔补油，并使受油器轴杆回复到原位置。当受油器轴杆回复到原位置时，通过反馈杠杆6 的传递使配压阀2 的活塞重新回到中间位置并将油口封闭，受油器轴杆不再移动。

4 主要结构

本水泵叶片调节机构主要由步进电机杠杆、配压阀、反馈机构、液压缸等部套组成。

（1）步进电机杠杆。步进电机是将电气控制信号转化为机械位移的执行元件。它将电气控制系统发出的调节指令进行转换，再通过丝杠螺母机构将转速转化为位移。由于步进电机是由电气信号驱动，不使用压力油，因此不会出现压力油油质问题造成的卡死形象。采用杠杆传递的原理实现液压随动控制。

（2）配压阀。配压阀是将压力油送入受油器的关键部件，配压阀的活塞杆与反馈杠杆相联，当反馈杠杆在步进电机的作用下移动时，配压阀活塞也随之移动，直到将压力油按调节系统的要求送入受油器的上腔或下腔。

（3）反馈机构。反馈机构由电气反馈机构和机械反馈机构两部分组成，电气反馈将受油器轴杆的位移反馈回控制系统，控制系统根据其反馈信号发出新的调节指令。当系统失电，电反馈失去作用时，机械反馈将受油器轴杆的位移反馈回配压阀。由于系统采用的是负反馈，当过调时，反馈杠杆向相反的方向带动配压阀，切断油路，使系统保持在所要求的开度。

（4）液压缸。液压缸是将压力油分配到水泵接力器去的主要部件，其分为上下两腔，缸内装有浮动环、密封套、受油器轴杆、压套等部件。来自油压装置的压力油，通过配压阀进入液压缸的上腔或下腔。进入上腔的压力油通过受油器轴杆上的两个横孔进入操作油管内腔，然后进入水泵接力器的下腔，进入下腔的压力油通过密封套和受油器轴杆的间隙，进入水泵接力器的上腔。如此周而复始，完成对水泵接力器的操作。

5 结 语

泗阳站选用BYKJ-BD-4-25-TS01 叶片调节机构，在机组抽水、发电运行过程中，进行了叶片角度的调节操作，系统运行平稳，效果良好，达到预期的目的，BYKJBD-4-25-TS0 是设计理念先进的叶片调节机构。可供同类泵站在设计或改造时采用。

（编辑 立 明）