南水北调东线一期工程灯泡贯流泵结构特点

1、南水北调东线一期工程灯泡贯流泵结构特点? 南水北调东线一期工程灯泡贯流泵结构特点 南水 北调东线一期工程灯泡贯流泵结构特点 张仁田 1,2, 单海春 1, 卜舸 1, 周伟 1, 朱红耕 2, 姚林碧 1 （1.江苏省水利勘测设 计研究院有限公司 , 江苏 扬州 225127; 2. 扬州大学水利 与能源动力工程学院 , 江苏 扬州 225127） 摘要：对南水北 调东线一期工程中不同结构型式的灯泡贯流泵,按照工况调节方式和传动方式及总体结构的组合, 归纳为变频调节整体紧凑结构型 （I 型）、变频调节现场可拆装结构型（II 型）、齿轮箱传动机械全调节现场可拆装结构型 （III 型 ）和液压全调

2、节现 场可拆装结构型 （IV 型 ）等 4 种结构型式根据机械和液压式 叶片全调节以及变频变速调节等工况调节方式,以及直接传动和通过减速齿轮箱的间接传动的不同传动方式,对 4 种不同结构型式的主要特点进行了定性和定量分析研究结果表 明 :不同结构的灯泡贯流泵均安全、可靠,其中 IV 型结构机组在最大水推力及反向推力等不利工况下,最大变形值约为 0.2mm, 不同部位的变形差小于 0.1 mm, 但在结构特性方面有明 显差异.IV型机组的重量达225 t,约为I型结构的3倍;与叶 片调节相比 ,采用变频变速调节时 ,不仅能够简化机组的结构 , 而且水泵可以采用柱形轮毂, 提高效率 1.6% 以上

3、 关键词：南水北调 ;一期工程 ;灯泡贯流泵 ;结构特点 张仁田 ,单海春,卜舸,等. 南水北调东线一期工程灯泡贯流泵结构特点J. 排灌机械工程学报 ,2016,34(9):774-782,789. ZHANG Rentian, SHAN Haichun, BU Ge, et al. Structural features of bulb tubular pumps in first phase of South-to-North Water Diversion Eastern Route Project in ChinaJ. Journal of drainage and irrigatio

4、n machinery engineering(JDIME), 2016,34(9):774-782,789.(in Chinese) structural feature南水北调东线工程通过 13 个梯级逐级从长江到天津向北调水 , 需要新建和更新改造 51 座大型低扬程泵站 ,由于贯流泵具有 水力损失小、 效率高的特点 ,使得贯流泵被广泛采用 1 在已 经建成并投入运行的第一期工程新建的21 座泵站中 ,就有 6座泵站采用了不同结构型式的灯泡贯流泵文中将对这 6 座 灯泡贯流泵站的机组结构特点进行综合分析 ,旨在为后续建 设的同类泵站提供参考 1 泵站基本参数 采用灯泡贯流 泵的 6 座泵

5、站分别位于江苏省和山东省境内 ,其中金湖泵站、 淮阴三站、 泗洪泵站和蔺家坝站 4 座泵站在江苏省境内 ,韩庄 泵站和二级坝站位于山东省境内 在这 6 座泵站中 ,工况调节 方式有叶片全调节和变频变速调节 ,在全调节中又有机械全 调节和液压全调节之分 ;在传动方式上有减 速齿轮箱间接传 动和直接传动 2 种型式6 座泵站的灯泡贯流泵机组的设计、 生产制造均采用了中外合作的方式 ,关键技术和部件由国外 企业负责 ,全部水泵叶轮均在国外采用五坐标数控加工中心生产制作 ,配套电动机由国内企业生产完成 泵站的特征参数 和灯泡贯流泵结构参数分别见表1 和 2, 表中 H,Qt 分别为扬程、总流量 ;D,

6、ns,N,rh,rb,nr,Qd,P,ms,t 分别为叶轮直径、比 转数、叶片数、轮毂比、灯泡比、水泵额定转速、水泵设计 流量、电动机容量、机组总质量、机组台数 表 1 6 座泵 站的主要特征参数 Tab.1 Technical specifications of six pumping stations 泵站H/m设计最小最大平均 Qt/(m3 - -1) 所属梯级金湖泵站 2.451.252.752.101502 淮阴三站 4.281.184.783.061003 泗洪泵站 3.2304.731.601204 蔺家 坝站 2.400.103.102.08759 韩庄泵站 4.152.254

7、.153.651259 二级坝站 3.210.483.821.9912510 表 2 灯泡贯流泵的主要 结构参数 Tab.2 Major structural parameters of bulb tubular pumps 泵站D/mmnsN rhrbnr/(r m)Qd/(m3 S)P/kW 传动方式电动 机型式工况调节方式 ms/tt 制造厂商淮阴三站 3140 94050.451.00125.033.42200 直接低速同步变频调速 654 韩 庄泵站 3140 94050.450.85125.031.51800 直接低速永磁变 频调速 635 荷兰耐荷、长沙水泵、湘潭电机二级坝站 3

8、000121030.351.08115.431.51650 直接低速同步变频调速 1425 泗洪泵站 3050121030.351.08107.030.02000 直接低 速同步变频调速 1555 日本荏原、山东博泵、上海电机蔺家 坝站 2850135030.380.98120.025.01250 齿轮箱高速同步机械全调节 1134 金湖泵站3350135030.380.94115.037.52200 直接低速同步液压全调 节 2255 日本日立、 无锡日立 （ 无锡锡泵 ）、湘潭电机 2 不同 灯泡贯流泵的结构型式 灯泡贯流泵的流道顺直 ,具有水力损 失小、装置效率高的显著优点 ,但也是贯流

9、泵中结构最为复杂 的一种泵型 ,因此目前世界上采用大型灯泡贯流泵的泵站非 常有限 , 其中具有代表性的有荷兰耐荷泵业为IJmuiden 泵站设计制造的直径为 3 940 mm 的直接传动变频调速灯泡贯流 泵,日本荏原 1973 年为新川河口泵站设计制造的直径为 4 200 mm 的齿轮箱传动叶片调节贯流泵 ,并于 2014 年进行了 更新改造 ,而国内仅有 1997 年投运的淮安三站 ,叶轮直径为 3 190 mm ，直接传动、叶片不调节 ,目前由无锡日立承担更新 改造 1-2 作为机组外壳的灯泡体淹没在水下运行 ,因此对 密封、冷却及通风等均有近乎苛刻的要求 ,而且为了保证有较 高的水力效率

10、 ,灯泡体的尺寸也受到严格的限制 ,必须满足一 定要求的灯泡比为了实现在不同运行工况下机组的稳定性、 可靠性、 安装和维护便利的目标 ,不同结构型式的灯泡贯流泵 采用了不同的主轴支撑结构和泵体支撑型式传统的灯泡贯 流泵结构参照了灯泡式水轮发电机组结构型式,水泵与电动机的主轴采用刚性连接或者共用一根轴 ,并由两轴承或三轴 承系支撑 ;灯泡体底部采用混凝土墩固定 ,顶部采用管形柱支 撑 ,并作为进人孔和连接设备的进出通道 外壳在进水侧和出水侧与混凝土的流道相连接 3,如图 1所示 图 1 传统的 灯泡贯流泵机组结构型式 Fig.1 Structure of conventional tubular

11、 bulb pumps 虽然对灯泡贯流泵的灯泡体布置在进水 侧（前置 ）或者出水侧 （后置 ）对水力性能影响的研究工作一直 没有停止 4-5, 但在南水北调东线一期工程中建设的 6 座灯 泡贯流泵站无一例外地均采用了灯泡体后置的结构型式文 献6 从结构的角度分析 ,认为一方面由于水泵的导叶体总是 后置的 ,可以起到支撑灯泡体的作用 ,无论灯泡体采用底部主 支撑还是采用管形柱作为主支撑 ,都会因为后导叶体的支撑 作用使得灯泡体沿轴向形成多点支撑 , 能提高机组的稳定性 ; 另一方面当灯泡体后置时 ,组合轴承安装在电动机非驱动侧 , 因此安装调整方便 ,易于保证安装质量 ,维护和检修亦便 利 2.

12、1 结构型式的分类 就南水北调东线工程所采用的灯 泡贯流泵而言 ,其结构型式总体可分为整体紧凑结构型和现 场可拆装结构型两大类整体紧凑结构型机组部件少、质量 小,但需要整体返厂维护 ,现场拆卸无法检修例如淮阴三站 和韩庄泵站 ,淮阴三站仅有 45 个零部件 ,总质量约为 65 t2 现场可拆装结构型相对耗材较多 ,相同直径的机组总质 量均在 140 t 以上,但其优点是方便现场的检修 ,例如金湖泵 站、二级坝站等 2.2 传动方式 按传动方式分类 , 可分为 直接传动和间接传动 在这 6 座灯泡贯流泵站中 ,仅有蔺家坝 泵站采用行星减速齿轮箱间接传动 ,其余 5 座泵站均为直接传动 2.3 工

13、况调节方式 为了适应不同工况下的运行要求 , 变频变速调节和叶片全调节 2 种工况调节方式均有应用 ,其 中采用变频调节的泵站有 4 座在采用叶片全调节的泵站中 , 蔺家坝泵站采用了前置机械全调节 ,金湖泵站采用中置式液 压全调节 对 6 座灯泡贯流泵站的结构组合型式进行分类 , 可分为 4种类型 : 变频调节的整体紧凑结构型,如图 2 所示；变频调节的现场可拆装结构型，如图3所示；齿轮箱减速间接传动、机械全调节的现场可拆装结构型 ,如图 4 所 示； 液压全调节的现场可拆装结构型 ,如图 5所示组合分 类见表3 .图2变频调节整体紧凑结构型（I）型g.2Sectional view of c

14、ompact structure with VFD（type图 3 I ）变频调节现场可拆装结构型（型ig.3Sectional view ofdismountable structure with VFD（type图並）齿轮箱传动、机械全调节现场可拆装结构型（川型Fig.4Sectional viewof dismountable structure with gearbox and mechanical blade regulationmechanism（typeI图）5 液压全调节现场可拆装结构型（IV型）Fig.5Sectional view ofdismountable struct

15、ure with hydraulic blade regulation mechanism（type V） 南水北调东线一期工程中应用得较多 的灯泡贯流泵结构型式是现场可拆装型的，并以直接传动的 方式和变频调速的工况调节方式为主 .这从表 3 中也可得知 . 表 3 灯泡贯流泵结构组合分类表 Tab.3 Structuralclassification of tubular bulb pumps 结构型式淮阴三站韩庄 泵站二级坝站泗洪泵站蔺家坝站金湖泵站总体结构整体紧 凑型现场可拆装型传动方式直接传动间接传动工况 调节方式变频变速机械全调节液压全调节组合分类 I型I型II型II型III型IV型

16、3 不同型式灯泡贯流泵的结构 特点 3.1 变频调速整体紧凑结构型 淮阴三站和韩庄泵站 采用了变频调速整体紧凑结构的贯流泵机组,除了韩庄泵站采用永磁电动机而淮阴三站为常规的绕线式同步电动机外 , 其余结构完全相同 ,这种结构型式已经在荷兰IJmuiden 泵站成功应用 7该结构的电动机与水泵共用一根主轴,在主轴的电动机端布置了滑环 ,由 2 组滚动轴承支撑 ,其中机组的轴向 推力由安装在电动机非驱动侧的组合式球面滚动轴承承受 , 并由轴承座传递到泵混凝土基础工况调节采用多脉冲完美 无谐波变频装置调节水泵机组的转速2 电动机的转子采用热压技术与主轴装配 ,定子与采用贴壁式结构的灯泡体外壳 形成整

17、体 ,灯泡体外部流动水体为定子提供了部分冷却功能,而定子与转子之间及其转子的冷却采用安装在外部的 2 台风 机实行强迫通风冷却 主轴密封采用了船用的 IHC 型超密封 , 可以保证无泄漏机组的进、出口采用法兰与基础环连接 , 在进口侧布置了一道伸缩节,便于拆装机组结构如图2 所示 淮阴三站与韩庄泵站机组的不同之处,在于采用了不同类型的电动机而导致结构尺寸略有差异,两者的对比如图 6所示 （图中黑色为淮阴三站、绿色为韩庄泵站 ），其中韩庄泵 站永磁电动机采用性能优异的钕铁硼永磁材料，剩磁和矫顽 力高， 且退磁曲线为直线， 回复线与退磁曲线基本重合 .电动 机的转子采用嵌入式结构，磁钢装入由硅钢片

18、制成的盒中， 由固定块将磁钢及硅钢片固定在转子支架上，磁通主要由硅 钢片形成闭合回路，漏磁小电动机的直径由 3 160 mm 减 小为 2 680 mm, 定子质量由 9.30 t 减小为 6.37 t, 转子质量从 10.50 t 下降至 6.62 t, 电动机效率从 93.71% 提高到 97.50%, 且1 次充磁的周期不少于 30 a8 图 6 不同电动机的结 构对比图 Fig.6 Structural comparison between electro- and PM-motors 3.1.1 轴承支撑的特点 机组的径向荷载由 安装在驱动端 （前侧）和非驱动端 （后侧）的 2组球面

19、滚动轴承 承担,轴承结构如图 7所示正向轴向推力 （正常工况 ）由后侧 的锥形球面滚动轴承承受 ,组合轴承中的球面滚动轴承承受 偶发性反向推力 为了便于装配 ,前侧径向轴承采用允许轴向 误差较大的锥形套管装配 ;而后侧轴承轴向装配精度要求高 , 则采用了柱形装配 轴承安装在可拆卸的轴承室上 ,并固定在 轴承支座的前端和后端轴承的保护是通过前、后各布置一 道 IHC 型凸密封得以保证 前侧轴承支撑与导叶体形成一体 , 该位置还布置了保护电动机的串接筒型密封,即无泄漏的IHC 型超密封 后侧轴承支撑形成一个松动的锥形盘 ,由法兰 连接轴承支撑法兰安装在法兰内侧的扇形法兰上,法兰内侧松动的部分被嵌入

20、电动机壳的槽中, 并由 2 个扇形块固定 图 7 紧凑型机组的轴承结构 Fig.7 Bearings and bearing supports for pumps with compact structure SKF 轴 承的选型与耐久性分析结果表明,前侧径向轴承采用23964CCK/W33+OH2394H 、后侧径向轴承采用 23952CC/W33 、推力轴承采用 29360E 是合适的 ,并且寿命 期能够满足南水北调工程长时间连续运行的要求在保证润 滑油液位、最大负荷及室温为40 C的条件下，温升为45 °C, 因此不需要额外的冷却系统 ,且根据国际规程 9计算,径向轴 承的寿命

21、为(3.104.87) X 106 h,推力轴承的寿命为1.57 X 105 h .3.1.2 叶轮和导叶体的装配特点图8为紧凑型灯泡贯流泵叶轮及导叶体结构 叶轮由 5 个叶片组成 ,并通 过优化达到最优的叶片负载 ,以实现良好的空化性能 叶片的 材质为不锈钢 由于叶片在运行过程中不需要调节,因此通过一个锁紧环 (STUWE) 固定在叶轮轮毂上 ,这样可以提供调整 叶片的可能 ,并且也可以控制单一叶片的质量和形状,易于生产、平衡和维修 ,最终叶片根部采用黏结剂与轮毂固定,保证叶片与轮毂之间无间隙 ,以提高水力效率 叶轮轮毂和轴的固 定也采用了类似锁紧环的结构 ,如图 8a 所示 后导叶体有 8

22、 枚导叶 ,铸造成型后的导叶被焊接到锥形管的内部和外部 ,导 叶体含 4 个圆管 ,成直线安装在外侧 ,以减少损失 ,如图 8b 所 示上部的立式圆管是电缆及其他管线的进出通道 ,下部的圆管为排水用 ,并设置液位传感器 横向的圆管是冷却空气进入 到电动机转子的通路 ,立式圆管是密闭不透气的 ,以保证冷却 空气在转子中循环 图 8 紧凑型灯泡贯流泵叶轮及导叶体 Fig.8 Impeller and diffuser casing of pumps with compact structure 3.2 变频调节的现场可拆装结构型 该结构型式 的泵站有泗洪泵站和二级坝泵站 ,这 2 座泵站除性能参数

23、稍 有差异外 ,结构型式基本相同 该结构型式借鉴了灯泡贯流式 水力发电机组的结构型式 ,水泵与电动机共用一根主轴 ,由 2 组滚动轴承支撑 ,电动机的冷却系统与紧凑结构型不同,采用了外循环的冷却器水冷却方式 ,冷却器布置在灯泡的头部 10-11 灯泡体为水平中分结构 ,在下部布置了设备进出的通 道机组总质量约为 140 t 3.2.1 叶轮及导叶体结构 图 9 为现场可拆装型机组的叶轮及导流壳体结构水泵的工况调 节方式为变频调速 ,叶片的安放角固定不变 ,因此叶轮室和轮 毂均采用圆柱形 ,如图 9a 所示 ,这种结构型式完全符合轴流式 叶片设计中的圆柱层无关性假设 ,且叶片与轮毂之间无间隙 ,

24、 可以提高效率 1.6% 以上 12 叶片采用螺栓和固定销固定于 轮毂 ,以防止在运行时由于振动和其他原因产生松动和损坏,叶轮和主轴之间采用键和螺母紧固 ,拆卸组装都很方便 图 9 现场可拆装型机组的叶轮及导流壳体结构 Fig.9 Pump impeller and casing structure of dismountable type为了便于水泵灯泡体的安装及拆卸 ,导叶采用上、下中分结构 ;为了保证导叶体有足够的刚度 ,导叶下半部将直接固定于混凝土 基础座上 导叶采用 Q235-B 板材压制 ,便于焊接加工和易于 应力去除的热处理 3.2.2 导流壳体结构 水泵和灯泡体由 水泵后导叶体

25、连接 ,叶轮、叶轮室、灯泡体内的电动机定子、 电动机转子和主轴、电动机壳体、水泵和轴承支撑壳体盖各 自吊装、 安装 导流壳体及相连水泵外壳为中开式结构 ,它们 的下半部均直接埋入混凝土基础座、 上部可自由拆装 ,方便灯 泡体的拆卸和安装相对于紧凑型结构 ,该部件的体积较大 , 如图 9b 所示 3.3 齿轮箱减速间接传动、机械全调节的 现场可拆装结构型 该结构型式仅用于蔺家坝泵站 ,水泵通过 行星减速齿轮箱与高速同步电动机连接 ,工况调节采用设置 在叶轮前侧的机械式叶片全调节机构 2 机组壳体全部为金 属结构件 ,并且水平中分 ,与新川河口泵站机组结构相似由 于采用体积相对较小的高速同步电动机

26、 ,因此便于机组的通 风冷却机组转动部分的径向力由设备自身的导轴承承受 , 采用油脂润滑 ;轴向力由水泵的组合推力轴承承受 , 推力轴承 布置在水泵叶轮与齿轮箱之间 ,采用稀油润滑并设冷却水进 行冷却 ,保证机组在最大载荷时轴承润滑油的温升不超过设 计值 ,机组结构如图 10 所示在灯泡体段的上部和下部各设 有一个进人孔 ,可以方便地进入灯泡内进行检查和维修 另外 , 在灯泡体段上部和下部分别设有进风口和排风口,以保证灯泡体内有良好的通风条件和合适的温度与湿度 图 10 蔺家坝泵站机组结构示意图 Fig.10 Sketch of pump structureof Linjia Dam Pump

27、ing Station 3.3.1行星齿轮箱传动的特点 由于齿轮箱的应用 , 电动机的尺寸明显减小 , 因此灯泡体 内便于安装布置电动机及其相关设备 ,灯泡比也可以减小 ,有 利于改进水力性能 ;电动机、齿轮箱及水泵等主要设备之间有 清晰的边界 , 便于来自不同设备制造商之间的合作 该泵站行 星齿轮箱的传动比为1: 6.25,采用一级传动其效率可达到98%, 高速同步电动机的效率为 96%, 因而采用齿轮箱传动后 的总效率与直接传动基本一致 另外 ,高速同步电动机的体积 小、质量小 ,可以降低整个机组的制造成本影响齿轮箱传动容量的决定性因素是寿命系数 ,当行星齿轮箱的使用寿命 超过 100 0

28、00 h, 寿命系数为 0.65为了延长其使用寿命 ,行星 齿轮箱的太阳齿和行星齿均采用镍合金钢材料,齿轮轴采用合金钢锻造 ,并配有无外轴承室的 SKF 轴承齿表面采用磨 齿机进行机械加工精度达到 AGMA12 级通过渗碳和淬火 处理 ,齿表面洛氏硬度达到 HRC58-62, 其他部位达到 HRC33-42, 碳残留奥氏体、 铁氧体及马丁体均优于 3 级 为 了满足齿轮箱的润滑要求 ,每台齿轮箱均设 1 套稀油站润滑 系统,同时为了确保稀油站的工作油温不超过40 ± 2 C ,稀油站设有冷却水系统 由于齿轮箱的应用 ,水泵的额定转速可 以不是同步转速 ,因此拓宽了水力模型的选择范围

29、,为解决低 扬程、高比转数水力模型短缺提供了一种有效途径 3.3.2机械式叶片调节机构 因为在水泵与电动机之间有减速齿轮 箱,所以叶片调节机构必须布置在叶轮的前端 为了保证水泵 有良好的进水条件 ,对调节机构的支撑进行了水力优化设计 , 采用流线型支撑和平板型前导叶体 （如图 4 所示 ）,可以使必需 的结构对水力性能的影响降低到最低程度 13-14 调节机构 的基本原理是通过蜗轮蜗杆传动机构 , 将其伺服电动机的垂 直旋转驱动转换为水平轴向驱动 ,再通过杠杆作用实现叶片 角度调节调节系统由分离器、减速器、拉杆和导向块等零 件组成 ,如图 11 所示 2 个球面滚动推力轴承背对背装在分 离器座

30、内 ,可承受双向调节力当水泵运转时 ,其轴承内圈、 拉杆头和主轴转速是同步的 ;在调节叶片角度时 ,减速器丝杆 旋转促使分离器轴向移动 ,这样 ,旋转和轴向移动通过分离器 分开,不会相互干涉 ,成为 2 个独立的运动 ,而导向块迫使分离 器不会跟转在电源切断的情况下 , 蜗轮蜗杆具有自锁功能 , 仍能维持原叶片角度 ;伺服电动机布置在水泵外部 ,其维护管 理方便 叶片操作机构的组合轴承采用稀油润滑 ;为了保证调 节机构具有好的工作环境 ,还设有通风设备 图 11 机械式 叶片全调节原理图 Fig.11 Mechanical blade regulating mechanism 3.3.3机组的

31、支撑结构 图 12 为齿轮箱传动机组的支撑结构 由于采用间接传动方式 ,水泵和电动机有各自 的主轴 ,而且水泵与齿轮箱之间、 齿轮箱与电动机之间为柔性 连接 ,因此不同部件的工作力分段传递到基础上 叶轮旋转部件、齿轮箱及灯泡体的一部分受力 ,通过水泵侧的推力轴承座 （见图 12a）, 由导叶体传递到泵房的混凝土基础上电动机及 灯泡头部的受力通过电动机侧的组合轴承传递到外支座（见图 12b）, 然后由支座后侧的下支撑传递到混凝土基础 图 12 齿轮箱传动机组的支撑结构 Fig.12 Supporting structure of pumps with gearbox 3.4液压全调节现场可拆装结

32、构型这种结构型式用于金湖泵站 ,同步电动机直接驱动、 叶片液压 全调节的水泵 ,水泵轴与电动机之间采用鼓齿联轴器柔性连 接;水泵叶轮采用了与蔺家坝泵站类似的双支点支撑,以提高水泵轴系的稳定性径向轴承采用 SKF 滚动轴承 ,油脂润滑 15 与蔺家坝泵站相比 ,由于叶轮直径较大 ,为了减小调节机 构前置对进水流态的影响 ,提高机组效率 ,将调节机构设置在 水泵与电动机之间 ,即中置式布置 ,操作杆较短、刚性好 ,保证 调节力传递的稳定性和可靠性 16 泵体、灯泡体 （除了电 动机处外 ）全部采用水平分半结构 ,分半面采用刚性法兰连接、 定位销定位 ,泵体各零件之间的结合面也采用法兰刚性连接,止口

33、配合定位 ,O 形密封圈密封 ,如图 5 所示由于其结构复 杂 ,叶轮直径也是 6 座泵站中最大的 ,机组质量达到了 225 t 3.4.1 液压式叶片全调节 该叶片调节机构的工作原理 借鉴了船舶的可变桨距的螺旋桨桨叶调节技术 ,以提高液压 全调节机构技术的先进性和运行可靠性 ,并由日本专业生产 厂家 Kamome Propeller Co. Ltd. 生产制造 17 叶片调节机构的原理如图 13 所示 ,在水泵叶轮的轮毂内设置由十字叉头 和曲柄拐臂组成的连杆机构 ,通过中空轴中的推拉杆左右运 动使得拐臂的旋转运动变化，从而改变叶片的安放角油缸 位于联轴器与供油轴之间 ,构成轴系的一部分 ,活

34、塞和推拉杆 直接连接 ,活塞的活动传递给推拉杆同时 ,由安装在活塞的 电动机侧叶片角度检测轴 ,将叶片角度传送到跟踪发射机 该 检测装置在紧急情况下还具有固定叶片角度的作用 图 13 叶片液压全调节原理图 Fig.13 Hydraulic blade regulating mechanism 为调节机构供油的供油箱采用分离式结构 ,由轴 承支承而不会旋转 ,供油箱内部同样是分离式的金属密封环,将使活塞活动的高压工作油送入旋转的供油轴内供油箱检 修时不需要解体供油轴 ,另外由于没有磨损部件所以也不需 要更换 油压回路分为工作油和润滑油回路 ,高压工作油仅仅 是在调节叶片时提供 ,叶片角度的保持由

35、油缸内的液压单向 阀控制 ,所以运行时只需提供润滑油为节能起见 ,将不连续 运行的叶片操作用油泵与连续运行的轴承润滑油泵兼 用 文献 18通过综合分析认为采用叶片全调节是该泵站最 佳的工况调节方式 但相应的液压系统等辅助设备较多 ,现场 布置有一定的难度金湖泵站布置在水泵导叶体下部的支墩 之间 ,易于受到厂房渗漏水的影响3.4.2 轴系支撑与泵体支撑 水泵轴系采用三点支撑 ,在调节结构的后端增设一组径 向轴承 ,水泵运行时的水推力由水泵的推力轴承承受,保证了轴系仅有扭矩的传递 ,没有相互干扰电动机采用双点支撑两侧均为可以承受轴向力的组合轴承 整个泵体设置了 3 个主支撑和 1 个副支撑 ,主支

36、撑分别为电动机支撑、 导叶体支 撑以及扩散段支撑 ,副支撑为进水段支撑 ,内部设置了 1 组径 向轴承在电动机支撑的前后各有 1 个进人孔 ,供安装检修使 用 根据结构分析软件 CADAS 的数值分析结果 ,在最大水 推力及反向推力 2 种不利工况下 ,最大变形值仅约为 0.2 mm, 不同部位的变形差小于 0.1 mm, 因此机组结构强度满足所有 工况的安全运行要求 4 结 论 介绍了 6 座泵站采用的 4 种灯泡贯流泵结构型式 ,不同结构型式各有优缺点 ,紧凑型结 构机组零部件少、质量小 ,但无法在现场拆装维修 ,需要有较 高的可靠性 ,而且返厂维护将增加运行期的成本 ;现场可拆装 型结构

37、相对复杂 ,一次性投入大 ,但可以在现场进行检修维护 , 比较适应中国现行的泵站管护体制采用变频装置进行工况 调节可以简化机组的结构 ,将较为复杂的旋转部件叶片调节 机构由静止的电气装置所替代虽然永磁电动机取消了励磁 设备 ,但变频装置是必不可少的配套设备 ;与叶片全调节相比 , 变频的工况调节范围受到一定的限制 灯泡贯流泵不同结 构型式的运用不仅与不同生产制造商的设计水平、生产加工 能力和经验积累有关 ,而且还与相关技术的发展水平、 成本等 因素密不可分永磁电动机的应用就是永磁技术理论和生产 水平迅猛发展的产物 ,变频装置的大范围推广应用也是高压 变频装置技术快速发展、 成本大幅降低的结果

38、同样 ,采用齿 轮箱时需要高效率、 高可靠度的行星减速齿轮箱 , 目前大容量 的行星齿轮箱都是依赖于进口借鉴船舶可变桨距的螺旋桨 桨叶调节技术的水泵叶片中置式液压调节机构系国内首次 使用 ,其优越性还有待于长时间运行的检验 有关结构及主要 部件的设计理论与方法将另文介绍 南水北调东线工程已 经于 2014 年正式投入运行 ,其中 6 座灯泡贯流泵站均在 2013 年底前通过试运行检验在低扬程泵站 ,特别是扬程在 5.0 m 以下时 ,采用灯泡贯流泵具有性能优、效率高的特点 ,工作扬 程约为 2.0 m 时的效率可达到 75% 以上 ,有关灯泡贯流泵的 性能分析将另文介绍 现场实测的机组在不同工

39、况下 ,各部位 的振动、 摆度、 温升等参数均优于现行规范的要求 ,机组运行 稳定、 工况调节方便 ,达到了预期的设计目标 不同型式的灯 泡贯流泵可以结合低扬程泵站的具体特点推广应用 参考 文献(： References) 1 张仁田 . 贯流式机组在南水北调工 程中的应用研究 J. 排灌机械 , 2004, 22(5):1-6. ZHANG Rentian. Study on application of tubular pumps in the project of South to North Water Transfer ProjectJ. Drainage and irrigatio

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52、学，2010.(责任编辑张文涛)Structural features of bulb tubular pumps in first phase of South-to-North Water Diversion Eastern Route Project in China ZHANG Rentian1,2, SHAN Haichun1, BU Ge1, ZHOU Wei1, ZHU Honggeng2, YAO Linbi1 (1.Jiangsu Surveying & Design Institute of Water Resources Co. Ltd., Yangzhou, Jiangsu 225127, China; 2. School of Hydraulic, Energy and Power Engineering, Yangzhou University, Yangzhou, Jiangsu 225127, China) Abstract： According tothe blade regulation method and power transmission mode, the structure of bulb tubular pumps