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1、南水北调皂河一站混流泵改造一、工程概况南水北调东线第一期工程皂河一站更新改造工程， 位于江苏 省宿迁市宿豫区皂河镇境内， 主要任务是将刘老涧梯级泵站抽送 的北调水抽入骆马湖， 实现向骆马湖送水 175m3/s 的目标，并结 合邳洪河和黄墩湖地区排涝。皂河一站安装2台6HL-70型立式全调节混流泵，配TL7000-80/7400 型立式同步电动机 2 台。皂河一站单机设计流量为100m3/s，叶轮直径5.7m，转速75rpm。总装机流量为200m3/s，总装机容量为14000kW 泵站设计扬程5.78m。泵站水 位组合与特征扬程见下表：二、存在问题分析 叶片经长时间运行，耗损太多，要更换叶片；过
2、流部件表面 汽蚀严重，要进行修补并进行高分子涂料表面 涂层处理；叶片 调节机构损耗，要维修及改造；密封及磨损部件损耗，要更新； 大轴轴颈损耗，要对其表面强化处理；水泵电机的老化，要对其 进行拆除及安装；泵站辅助设备老化及损耗，要采购及安装。三、解决措施1 、水力模型的选择 由皂河一站更新改造工程水泵装置模型试验报告可知， 选用了由扬州大学为南水北调东线工程研制的高比转速混流泵水力模型一一HB60水力模型。设计水泵模型高效点性能参数：模型叶轮进口直径 D=300mm转数 n=1450rpm比转数 ns=694流量 Q=392L/S扬程 H=8.04m效率 =85.9%图 1 皂河一站混流泵模型装
3、置性能曲线2、水泵结构的选择水泵结构型式： 本工程中采用立式单级混流泵， 主要目的是 为了减小大型泵站机组的占地面积， 一般通过刚性联轴器与电机 直联传动，且轴向力有装于电机上部的轴承承受， 简化泵的结构。水泵进出水流道： 本工程中采用钟型进水流道， 涡壳式出水 流道的方式， 水泵进出水流道都用钢筋混凝土浇注而成。 底座和 衬圈分别被埋入水泵的混凝土进出水管中， 导叶体用螺栓和衬圈 固定，叶轮座和导叶体中间安装固定叶轮外壳。为便于装拆，在 导叶体和叶轮外壳联结法兰中间加垫铁。 这种结构型式， 加强了 水泵壳体的刚性； 同时，因水泵进出水流道采用钢筋混凝土结构， 节省大量的金属材料，安装维护也较
4、方便。3、叶片设计叶轮设计采用速度系数法， 它的理论基础是相似理论。 这个 设计方法是建立在对现有一系列性能较好的泵的统计资料基础 上。因此这种设计是简单方便又实际可靠。叶片采用跟轴流泵相同的升力法来计算， 这是利用高比转数 的混流泵在一定条件下与轴流泵相似， 升力法这种一元设计理论 应用广泛，是一种半理论半经验的方法。混流泵轴面投影图（如 图 2）。图 2 叶轮轴面投影图1）叶轮进口直径 Do根据水力模型进行统计分析得到Do=KDo Dq式中De单位尺寸，由下式确定:Q泵的流量；n泵的转速；KDo系数，根据资料可以查出。2）叶片的最大厚度 5 max叶片轮缘和轮毂的最大厚度用5 max-a和
5、5 max-e来表示，分别由以下方法计算：叶片最大厚度的位置由下式确定：3）叶片加厚叶片加厚， 从进口边到出口边由小到大逐渐变化， 在出口段 适当减小。4）绘型叶片绘型， 采用锥面坐标展开法， 这种方法是作者通过实践 总结出来的。这种方法就是将叶片包角按一定数值（ 例如 10）分割，画出射线， 从叶片进口边向出口边将叶轮的轮缘和轮毂侧 以及中间流线坐标值画在对应角度射线上， 用平滑曲线将这些点 连接起来。在此基础上，进行叶片加厚。4、叶片的调节方式一般来说， 对于大口径和功率较大的水泵， 从使用要求和经 济性方面考虑，都需要制成全调节叶片。叶片全调节有以下好处：1）可以大幅度的改变水泵的扬程、
6、流量，使机组能经常处 在高效率工况下运转，从而提高机组效率和充分发挥作用。2）排涝季节时，将叶片调节到最大允许角度，增大排水量。3）适当改变叶片角度，使电机经常处于满载工况下运行， 充分发挥配套电机的作用。4）水泵起动时，可以借减小叶片角度来降低电动机起动力 矩，停机时，利用减小叶片的角度，降低因水倒流而引起的反力 矩。鉴于以上分析， 设计较大功率的水泵机组， 叶片采用全调节 是合理的，经济的，也是必须的。5、叶片的调节机构叶片调节机构主要由受油器、 配压阀、 操作机构等三部分组 成。图 3 叶片调节机构原理示意图1-操作架； 2-耳柄； 3- 叶片； 4-连杆； 5- 转臂； 6-接力器活
7、塞； 7-油箱 8-油泵； 9-电动机； 10-压缩空气管； 11-贮压器； 12-回油管； 13-进油管； 14-手轮； 15-伺服电机； 16-配压阀活 塞杆； 17-回复杆； 18刻度盘叶片角度； 19-随动轴换向接头； 20-受油器； 21-至活塞下腔； 22-至活塞上腔； 23-中间隔管； 24- 上操作油管； 25-油至操作油管内腔； 26- 油至操作油管外腔6、轴承的润滑与密封1）轴承 轴承的作用是为支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度， 减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类。 虽然滚动轴承具有一 系列优点，在一般机器中获得了广泛应用， 但是在高速、
8、高精度、 重载、结构上要求剖分等场合下， 滑动轴承就显示出它的优异性 能。在本次设计中，应采用滑动轴承。2）轴承的结构与润滑 轴承由轴承体、支架、轴承盖、内油盆等部件组成，为半浸 油式，用螺旋槽稀油润滑。油用 30#透平油，控制轴承温度不超 过70C，利用轴承体外壳的冷却水腔，通水冷却轴承。油的温 度用铜热电阻式温度计监视，油位高低由浮子信号计及油标监 测。3）轴承的密封密封装置由动环、静环、静环座、压力弹簧等零部件组成。 弹簧的压力可由螺栓调节， 使每个弹簧受力均匀。 密封面有压力 清水润滑，以提高使用寿命。水位高低由水位信号计监视，如超 过限定高度时，由自吸泵自动排出，以免漏水进入油轴承。
9、当密 封失控引起大量漏水而自吸泵无法排尽时， 便会立即发出报警讯 号，使电机停机。轴承外的空气围带，是供停机时封水用的。7、联轴器1）联轴器的基本知识联轴器主要用于轴与轴之间的连接， 使他们一起回转并传递 扭矩。用联轴器连接的两根轴只有在机器停车后， 经过拆卸才能 把它们分离。联轴器分刚性和弹性两大类。刚性联轴器由刚性传力件组 成，又可以分为固定式和可移动式两类。 固定式刚性联轴器不能 补偿两轴的相对位移；可移式刚性联轴器能补偿两轴的相对位 移。弹性联轴器包含有弹性元件，能补偿两轴的相对位移，并具 有吸收振动和缓和冲击的能力。 在本次设计中， 选择固定式刚性 联轴器。2）固定式刚性联轴器固定式刚性联轴器中应用最广的是凸缘联轴器。 它是用螺栓 连接两个半联轴器的凸缘， 以实现两轴的连接。 螺栓可以用普通 螺栓，也可以用铰制孔用螺栓。凸缘联轴器的结构简单、使用方便、可传递的转矩较大，但不能缓冲减震。常用于载荷平稳的两周连接。半联轴器的材料通常为铸铁，当受重载或圆周速度v 30m/s时，可采用铸钢或锻钢。在本次设计中，用铸钢。四、结语本文通过多年来的实际工作经验对混流泵进行分析、 设计改 造，大大的提高了混流泵的输送能力，并且更加稳定可靠、更加 经济，为南水北调工程的顺利实施提供了安全保障， 对今后混流 泵的设计应用具有一定的指导意义。