邓楼泵站机组叶片调节机构事故处理分析

张方磊，黄雪梅，刘 辉

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南250109）

邓楼泵站是南水北调东线工程的第十二级抽水梯级泵站，山东境内的第六级抽水泵站，工程位于山东省梁山县。工程设计规模为100 m3/s，泵站共安装4 套水泵机组，3 用1 备，总装机容量8 960 kW。泵站设计扬程为35.7 m，年运行时间3 770 h，年调水量13.60 亿m3。水泵叶轮直径3150mm，转速125r/min。主水泵采用3150ZLQ33.5-3.57 型立式机械全调节轴流泵，配套TL2240-48 型立式同步电动机，泵装置采用肘形流道进水，虹吸式流道出水，真空破坏阀断流。额定功率2 240 kW。

邓楼泵站于2013 年5 月试运行验收后投入运行，1#机组已安全累计运行8 600 台时，累计抽水量9.3 亿m3。1#机组在后期运行中逐渐显现调节叶片角度时流量增减不明显，叶片角度与流量不匹配，且运行中存在机组振动摆度偏大，工况逐渐恶化。通过水下检查发现叶片间隙不均匀，于2019 年非调水期对1#机组进行了解体大修。

1 机组解体过程中的异常现象

1.1 机组上导瓦上边缘磨损痕迹明显

解体中发现8 块上导瓦均出现不同程度磨损，位置位于瓦面上半部位，约占导瓦面积的1/3～1/4，其中进水侧瓦磨损最严重，磨损约占瓦面积的2/3，平均磨损深度约0.06 mm。

1.2 水泵水导轴承、水导轴颈磨损

测量水导轴承内径，发现进出水方位内径变大磨损最严重，磨损部位在出水侧，深度约0.9 mm，面积300 mm×500 mm。水导轴颈出现了偏磨，磨损面积约为400 mm×500 mm，占轴承轴颈总面积的1/3，经与叶轮叶片位置比对，磨损方位为3#叶片出水方位。水导轴颈实际加工直径尺寸为380 mm，经测量最大磨损部位直径为379.10 mm，磨损部位深度达0.90 mm。

1.3 水泵叶轮室不锈钢衬套有明显剐蹭现象

水泵叶轮室不锈钢衬套有明显剐蹭现象，剐蹭位置垂直方向在出水侧两半泵壳接缝处成基本对称方位，水平方向在叶轮外壳中心线上方。剐蹭高度195 mm，宽度275 mm，剐蹭平均深度约0.5 mm。

1.4 水泵叶轮叶片安放角度不一致

检查发现叶轮的三个叶片中1#叶片角度为-11.8°，2#、3#叶片角度均为-10°，1#叶片角度显示值较其余两片显示值约小1.8°。2#、3#叶片上角边缘有剐蹭痕迹，2#叶片剐蹭位置在叶片上边缘，长度约100 mm，3#叶片剐蹭位置在叶片中上边缘，长度约400 mm。

1.5 叶片调节机构操作架断裂

由于3 个叶片安放角度不一致，分析转子体内部转叶机构存在定位偏差或发生故障，查找问题需进入转子体内部进行检查。经充分论证后决定打开转子体下盖进行问题查找，发现：转子体转叶机构操作架上部3 个肋板均存在不同程度裂缝，其中1#叶片对应肋板部位裂痕明显，呈开口状裂缝宽度约3 mm，2#、3#叶片对应肋板部位可见明显裂痕。

2 操作架断裂原因

2.1 操作架断裂变形后加剧构件磨损

1#叶片对应操作架断裂裂缝较大，变形严重，2#、3#叶片操作架只出现裂纹，变形较轻，与机组解体时1#叶片角度为-11.8°，2#、3#叶片角度均为-10°，叶片角度不一致方位相同，问题吻合。从机组解体原始数据测量1#叶片间隙相对2#、3#间隙较大，2#、3#叶片间隙小剐蹭叶轮外壳，实际测量数据与理论相符。

通过分析得知，1#机组上导瓦磨损、叶轮蹭壳、水导轴承磨损、水导轴颈偏磨的是原因为叶片角度不一致，造成机组运行工况变差，而叶片角度不一致跟操作架断裂变形有关，因此1#机组出现问题的根源是操作架断裂变形。

2.2 操作架断裂变形影响因素

1）超工况运行：每年4～6 月是邓楼泵站水草高峰期，河道中大量水草聚集在泵站拦污栅前，拥堵拦污栅，导致前池进水池水位下降，低于设计最低水位。近两个调水年度邓楼泵站机组直接通过梁济运河抽调南四湖水源，前池进水池水位经常低于设计最低值，机组长时间运行，工况较差。

2）位置因素：泵站机组为肘型进水流道，中间通过隔墩分为两孔，1#机组处于泵站边缘位置，整体过流条件差。靠近进水池中心线的孔口，过流条件稍好，靠近边墙的孔口，过流条件较差，两股水流在隔墩末端交汇时，余能没有完全抵消，不平衡力长期作用在叶片上。

3）基础沉降机组垂直同轴度变化：泵站主厂房底板为整体性结构一次浇筑成型，没有分缝。根据邓楼泵站12～16 年安全监测结果显示主厂房整体沉降约11 mm，其中上游左侧沉降15 mm，上游右侧沉降11 mm，下游左侧沉降10 mm，下游右侧沉降9 mm，16 年以后测量数据变化不大，厂房逐渐稳定。厂房基础不均匀沉降导致机组垂直同轴度发生变化，恶化了机组运行工况。

4）异物卡阻因素：过水水流混入大型异物，当异物经过叶轮室时突然撞击卡阻叶片，导致操作架断裂。

5）设计制造因素：设计中操作架受力分析不到位，加工制造工艺有瑕疵或存在缺陷，导致结构强度不够，机组长期运行，操作架疲劳受力出现裂缝。

3 处理措施

3.1 轴瓦处理

1）上导瓦的处理。上导瓦为巴氏合金瓦，对于磨损的导瓦重新研刮以满足要求。

2）水导轴承处理。水导轴瓦为赛龙轴承，轴瓦采用条块状赛龙瓦块插在铸不锈钢的分半式轴承体上，分半结构便于检修更换。机组解体后对原水导轴承再预装检查，内径明显超标，轴瓦磨损量已不适合再继续使用，更换备用水导轴承。

3）水导轴颈处理。由于现场不具备加工条件，因此对泵轴进行返厂维修。将水导轴颈单边去除3 mm，然后PT 检查，发现缺陷焊补消除。水导轴颈底径加工后，堆焊单边厚度不小于3 mm不锈钢材料，堆焊后保证留有车削余量。最后按设计要求恢复出厂尺寸：以两端法兰止口为基准，校直泵轴，采用专用磨头进行磨加工，测量轴颈直径尺寸符合标准，表面粗糙度达到0.8 μm，合格后出厂。

3.2 操作架更换

原操作架采用ZG270-500 整体铸造，断裂上肋板宽度30 mm，操作架板整体厚度30 mm，已无法再用，厂家订做铸造新件。新订做操作架采用ZG310-570 整体铸造，屈服强度和抗拉强度更高，肋板尺寸宽度加大到56 mm，并且在3 个断裂的肋板附近两面均增加了一圈宽度30 mm 环形肋，操作架板整体厚度也增加到40 mm，大大提高了其强度。铸造加工完毕后做静平衡检查，最大外圆处允差小于250 g，合格后出厂。

3.3 叶片安放角度一致性处理

检修现场条件有限，准确恢复3 个叶片角度一致性及如何测量验收是安装难点。安装操作架调整叶片角度。安装操作架3 个叶片准确恢复设计0°角。连接操作杆与电机拉杆、电机拉杆与转轮体，在推力头与操作杆间安装2 个25 t 千斤顶，用千斤顶升降操作杆。打紧操作架主轴螺栓，松开操作架连接的3 个叶片拐臂的螺栓，操作架升降时叶片拐臂不动。把3 个叶片按机械指示位置都调整到0°。用千斤顶升降操作杆，先升后降再缓缓上升，上升时观察操作架与3 个叶片拐臂相对位置，当有一个拐臂顶住操作架后，停止上升，测量另2 个拐臂与操作架高度，此高度就是叶片拐臂位置需加垫量，加垫后打紧螺栓，测量角度一致性及叶片开度，反复调整直至符合标准。

叶轮叶片开度测量。首先将叶片角度调至设计0°角，在0°角时叶片开度L 设计值652.6 mm，叶片为扭曲状，现场测量工具无法直接测出叶片开度L。间接测量叶片开度L，以固定导叶体止口下平面为基准，分别测量叶片上下边缘至固定导叶体止口下平面距离，两个距离差即为叶片开度。依据测量结果，3 个叶片开度均在误差范围内，操作架安装验收完成，进入下步工序。2#、3#叶片及叶轮外壳剐蹭处不做处理。

3.4 机组固定部件垂直同轴度调整

机组固定部件垂直同轴度调整分两步进行，首先调整定子垂直。使定子铁芯垂直东边升高0.66 mm，南边需升高0.3 mm。调整时两个方位分别进行，在基础板与下机架结合面上加紫铜片垫，注意加垫量不超过三层。其次调整定子中心，调整定子中心时以水导轴承轴窝中心为基准。东西向定子与水泵轴窝的不同轴度为1.83 mm，由于所测半径东大西小，故定子向西平移才能使定子居中，平移距离为0.915 mm。南北向使定子居中需向北平移距离0.875 mm。平移时两个方位分别进行。由东向西平移时在下机架梁东边放一螺杆千斤顶，缓慢顶移，在对面放百分表监视平移距离，在垂直方位放百分表监视以防偏移。东西向调整完毕后，再调整南北向，直至符合要求为止。调整完毕，进行后续工序。

4 结 论

大中型水泵机组叶片调解机构采用机械全调节是稳定可靠的，结构相对简单，维护成本低，是水泵发展的主流形式。本文对邓楼泵站1#机组大修过程中发现的问题进行了分析研究，找出了问题根源是操作架断裂造成的，并对断裂原因进行了系统分析和妥善处理，对泵站设计、运行维护及设备制造等提供了借鉴和参考。