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摘要：在机械式全调节水泵运转作业中，经常会出现抬机故障，由于出现抬机故障的发生原理比较复杂，存在的影响因素有很多，例如，水泵进水池的水位幅度突然增大，水位幅度急剧减少等，还有一些机械式全调节水泵在不同的施工活动工程中，因为具体工况不同导致水泵运行时，无法合理调节机械机构本身的原因等，诸多方面发生抬机故障，本文就机械式全调节水泵抬机及其原因进行分析研究，并做出总结。
关键词：机械式全调节水泵；抬机；原因分析
引言
随着我国经济的发展以及科学技术的提高，水利工程建设的施工过程中也被引入现代化科技工具，在进行输送液体时，可以利用水泵等机械，机械式全调节水泵近期以来受到相关部门的重视，并被不断推广普及，在机械式全调节水泵进行工作时，经过叶片调节水泵运转，受到某些因素的影响通常不可避免地产生抬机故障，并且伴随着调节器轴承发热，出现水泵电机烧损等严重问题，这将不利于正常的工程施工，不利于水利工程的正常完工。因此对机械式全调节水泵抬机及其原因进行分析研究是非常必要的。
一、机械式全调节水泵的受力分析
1.1泵的介绍
通常来说，在一些水利工程建设中，都会有将液体进行输送输出等要求，泵是可以提升液体，输送液体，或者使液体内部增加压力，将原动的机械能变成液体自身能量的一种机器，然后每个泵由于自身的用途不同、种类不同，可以根据其运行原理分为容积泵，叶片泵，其他类型泵三大种类，随着目前的社会要求，以及工程建设的要求的不断严苛，机械式全调节水泵更符合现代工程的要求，属于叶片泵的一种，通过一系列实际实验表明，在叶片式水泵运转过程中，由于工作原理采用的是液压调节，利用液压调节的机组没有发生过抬机故障，而与之相比采用机械调节的水泵，机械停机调角时，未发生抬机故障，分析表明，机械式调角机构在外力作用下引起抬机现象，这与水泵内部结构受力的方式相关，应该要求操作人员根据实际的操作经验，确定检查好机组的安装之后，倘若启动机组仍旧发生抬机故障，表明抬机的发生与机组安装无关，与机组各部分组件的精度没有关联，因此通过排除法，对机械式全调节水泵运行中的机械式叶片调角系统，也包括叶片及其转动机构进行受力分析。
1.2机械式全调节水泵叶片系统的受力分析
机械式全调节水泵在运转过程中，一般叶片上所受的力是一空间力系，工作原理求解起来较为复杂，因此为了简化分析过程，方便专家研究，将空间力系转化为简单的平面力系，将作用在叶片系统上的力标注为有轴向水压力P，叶片重力设为G，此时不考虑拐臂的重力，维持叶片对枢轴的力矩平衡机构通过拐臂传给叶片的力设为F，叶片旋转过程中产生的离心力设为C，叶片转轴上轴颈处的支座反力为b1，，止推表面处的支座反力为b2。通过水泵的运转，液体在叶片系统表面上产生的总水压力并没有被作用在叶片转轴的中心线上，水力矩就是由对转轴产生的旋转力矩形成的，目前随着我国对水泵设计有统一标准，对现在设计的大泵叶片转轴中心，一般弦长标准定在距翼型进口边35%～ 45%处，中心压力则位于叶片系统受压力半径处得翼型弦长50%处。
1.3单个叶片上的作用力分析
在机械式全调节水泵运行过程中，水泵内部的叶片转动机构与轮毂体同时转动，在对机械式全调节水泵的不调角时叶片进行固定时，把握某一安装的角度，保持轮毂体与叶片转动机构相对静止，当叶片的旋转中心离水泵的进口距离较近时，可以得出如下结果：
二、机械式全调节水泵抬机原因分析
新时代初期，随着我国经济的迅速发展，人们生活生产生活对电力系统的容量需求不断增大，目前阶段电力负达到了顶峰时期，水利水电工程以及荷峰谷差的绝对值和相对值不断上升，因此一旦机械式全调节水泵出现了抬机现象，那么就对整体工程发展以及人们的需求产生不良影响，需要人们对其重视起来，我国在此专业也安排了一些科技研发投入，目前实际操作中，使用的机械式调节水泵大都采用口径在2 m以下的轴流泵，其中口径1.6 m的适用面是最多的，现在就以16CJ-80型号的机械式全调节立式轴流泵为研究对象，对其进行分析，其主要参数如下表，16CJ-80型号的机械式全调节立式轴流泵的泵叶片的轮缘截面设计上面，叶片的绝对安放角要求必须是26°，与之相对应的角度为0°，当16CJ-80型号的机械式全调节立式轴流泵叶片的操作人员进行每一次调节时，每调节1°，与之对应的调节杆应该随之进行2.35mm的位移，位移速度应该控制在该泵额的定转速250 r/min，该型号的配套电机功率为800 kW，机械式全调节水泵的机组转子的总重量为13 t，该型号水泵的其他参数见相关资料如下：
2.1机械式全调节水泵不调角时
在操作过程中，可以取一个叶片，连同机械式全调节水泵得转轴与拐臂，将其作为一个单独的脱离体a，然后彼此之间作为刚性连接，同时将机械式全调节水泵的操作架，水泵内部的调节杆，以及轮毂体等为另一个脱离体b，为了方便论文进行分析，便于人们理解，可以将叶片上压力半径处的翼型部分取下来，用其代替叶片，叶片转轴为了简单理解可以用点A代表，具体分析如图2所示，通过研究分析可以发现，作用在脱离体b上的力有反力F′、R2′、R1′，还有机组转子总重力G，还有由水泵主机作主推力形成的基础支撑力N，还有叶片系统调节器推力轴承的支撑力N1，还包括有充当调节杆工作的调节力T。
如果机械式全调节水泵机组不发生抬机故障，那么每个叶片必须满足作用在转子体上的力，竖直向上的受力应该比竖直向下的力小，否则很可能产生抬机故障，具体的受力表如下：
2.2调节杆上移，往正角方向调节时
在进行叶片系统安装时，一开始叶片的安放角分别为0°，- 6°，脱离体a、b的受力分析如图所示：
由图表所示，机械式全调节水泵的推力轴承的支撑力会由小变大，且变化的幅度比较接近转子体的重力，从实验分析也可看出推力轴会承受到先减小后增大的一个竖直向下的力，这是一个突然发生变化的过程，由于一切事物都会受到惯性作用，加之推力轴承本身存在一定质量，会加剧的受力，会向人们表现出推力轴承带动整个转子体运转的现象，出现先抬起然后再落下的抬机现象，这将不利于机械式全调节水泵的正常运转原理，导致在进行调节的过程中，调节杆受到先增大后减小的拉应力作用，如果拉应力增大的幅度超过了调节杆的最大承受力范围后，就会冲断正常标准，将调节杆拉断，此时的受力分析如下表所示：
2.3 往负角方向调节，调节杆下移时
同理可得，当机械式全调节水泵的推力轴承的支撑力由大变小时，因为无法产生惯性不存在惯性作用，无法将使转子体抬起，因此也不会出现抬机故障，并且叶片角度存在不可调的轴流泵，叶片被固定在轮毂体上，二者合为一个整体，没有复杂的叶片角度调节调节杆机构，所以也不会存在上述的F、MTP、R1′等力的作用，当机组运行起来的时候，转子体仅仅受到竖直方向下的力，并且随着扬程的渐变发生变化，推力轴承的支撑力也是匀速进行变动，，不会发生突变，因此一般不会出现抬机故障。
结束语
由于机械式叶片的调节机构受力特殊，是其发生抬机故障的主要原因之一，对其内因控制比较简单，当然还要避免外因诱导发生，因此对其受力分析是非常重要的。
参考文献：
[1]徐艳茹，陈坚，黄金明.机械式全调节水泵抬机及其原因分析[C]// 全国大型泵站更新改造研讨暨新技术、新产品交流大会.2009.310-314.
[2]刘益祥.大化水电站水轮机抬机和叶片裂纹产生原因，初探[J].水利水电技术，1985，（8）：19-25
论文作者:刘信
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/26
标签：水泵论文; 叶片论文; 推力论文; 故障论文; 受力论文; 转子论文; 机组论文; 《基层建设》2019年第11期论文;