潛水貫流泵裝置在低揚程大流量排水泵站的設(shè)計應(yīng)用

崔 健 張 劍 徐 靜 章啟兵

蚌埠市龍子湖泵站工程是安徽省世界銀行貸款蚌埠綜合環(huán)境整治水利項目之一。龍子湖泵站為排澇泵站，位于蚌埠市區(qū)東郊的龍子湖入淮河口，任務(wù)是抽排龍子湖區(qū)內(nèi)澇水。泵站設(shè)計流量為40m3/s，特征凈揚程介于3.50～5.30m之間，屬于低揚程、大流量排水泵站。針對這一特點，將潛水貫流泵裝置引入龍子湖泵站選型設(shè)計中，首次采用單機設(shè)計流量為8m3/s、水泵葉輪直徑為1600mm、配套電動機額定功率為630kW的行星齒輪傳動的潛水貫流泵機組。

一、泵站工作特點及運行要求

龍子湖泵站主機組主要有以下幾個工作特點，這也是在泵裝置型式選擇時應(yīng)予以考慮的。

1.泵站為排澇泵站，因而年運行小時數(shù)少，通常在4～7月份梅雨季節(jié)和8～10月份高溫季節(jié)運行，對泵站的安全可靠性有很高的要求。

2.泵站要求在設(shè)計工況（凈揚程3.50m）時能抽排設(shè)計流量，且應(yīng)保證泵組在設(shè)計及最高揚程時能高效、穩(wěn)定運行。

3.泵站揚程較低，要保證工作凈揚程3.50～5.30m范圍內(nèi)泵都能安全、高效、穩(wěn)定運行，因此要求盡可能選擇性能優(yōu)良的水力模型及穩(wěn)定可靠的泵裝置型式。

4.泵組在最高凈揚程5.30m運行時,電機功率應(yīng)小于額定功率，確保電機不過載。

二、泵裝置型式選擇

泵站設(shè)計的關(guān)鍵在于泵裝置型式選擇，它直接關(guān)系到泵站站身結(jié)構(gòu)形式、工程造價、運行費用及運行管理等等。泵裝置型式的選擇主要取決于以下四個方面:

1.泵裝置型式的安全可靠性，這是排澇泵站首先要確保的。

2.理想的運行參數(shù),保證水泵機組有較高的泵段效率和較低的電機功率，以減少長期運行費用。

3.合理的布置形式，有利于水泵機組穩(wěn)定運行及降低泵站建設(shè)總投資。

4.較高的泵站裝置效率，以節(jié)省長期運行費用。

根據(jù)龍子湖泵站機組工作特點和要求以及參考國內(nèi)外已建的低揚程大中流量泵站,適合本站的泵裝置型式有：立式軸流泵、斜式軸流泵、立式潛水軸流泵（井筒安裝）和潛水貫流泵。

對上述4種泵裝置型式進行初步的技術(shù)經(jīng)濟比較，見表1。

從表1的分析可以看出，臥式安裝的潛水貫流泵裝置可以在泵站揚程較低的條件下得到較高的泵裝置效率，同時泵站配套的水工建筑物具有結(jié)構(gòu)簡單、施工難度小、投資省和管理運行簡單等優(yōu)點。因此，潛水貫流泵裝置理論上是低揚程、大流量的泵站最為合理的泵裝置型式。

三、潛水貫流泵裝置性能

根據(jù)蚌埠市水利勘測設(shè)計院推薦的設(shè)計方案，龍子湖泵站采用的潛水貫流泵機組由無錫某水泵廠和山西某電機廠合作設(shè)計研制。在廣泛收集國內(nèi)先進的泵型技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，選擇了效率高、水力性能好的水力模型。對龍子湖潛水貫流泵裝置進行三維流動數(shù)值模擬及優(yōu)化水力計算研究，并對其進行了泵裝置模型試驗，確保所采用的潛水貫流泵裝置的能量性能、汽蝕性能和飛逸特性等水力性能滿足設(shè)計要求。龍子湖泵站潛水貫流泵裝置模型試驗性能主要數(shù)據(jù)見表2。

表1 泵站裝置型式比較

潛水貫流泵裝置的水泵與電機之間通過行星齒輪傳動，電機、行星齒輪、水泵同軸心，齒輪傳動受力均勻、潤滑條件好，電機轉(zhuǎn)速高、尺寸小。其優(yōu)點是燈泡體尺寸小，水流條件好，流道順暢，效率高。整個貫流泵機組由葉輪部件、推力軸承部件、泵體部件、齒輪箱、潛水電動機及與進、出流道連接部件組成，詳見圖1所示。

四、潛水貫流泵泵站布置

潛水貫流泵機組間的中心距主要由機組外形尺寸、進出水流道的凈寬及中間隔墩的寬度共同確定。流道進出口凈寬均為3.50m，大于潛水貫流泵機組最大剖面的直徑2.20m；邊墩厚為0.95m，中墩厚為1.0m；機組中心距為4.50m。主泵房垂直水流方向長度為23.40m。

泵房寬度是根據(jù)機組在廠房內(nèi)起吊的結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)備、管道及通道樓梯等布置要求來確定，同時需結(jié)合電動橋式起重機的標(biāo)準(zhǔn)跨度。泵房順?biāo)鞣较騼魧挾榷?0.40m。

龍子湖泵站采用閘門斷流，每臺機組流道出口均設(shè)快速閘門2套，互為備用，采用液壓啟閉機操作。閘門的控制程序和運行速度依據(jù)機組水力過渡過程來確定，按設(shè)置的程序，閘門和水泵機組實現(xiàn)聯(lián)動。

表2 潛水貫流泵裝置模型試驗性能數(shù)據(jù)（葉片-4.6°）

龍子湖泵站設(shè)橋式起重機及相應(yīng)的排水設(shè)備。具體布置見圖2、圖3。

五、結(jié)語

潛水貫流泵是一種實用新型水泵，具有泵站配套建筑物結(jié)構(gòu)簡單、輔助設(shè)備少、施工難度小、投資省和泵站裝置效率高等優(yōu)點，非常適合低揚程、大流量泵站使用。

該泵型可根據(jù)泵站使用要求的不同，充分發(fā)揮其平直進、出水形式的優(yōu)勢，將潛水貫流泵設(shè)計成雙向運行，即可向外河排水，也可以向內(nèi)河引水，從而最大限度地發(fā)揮此類泵站的作用。

潛水貫流泵裝置機電一體化程度高、技術(shù)含量高，代表著水泵機組發(fā)展的一個方向。隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和整體工業(yè)水平的不斷提高，預(yù)計潛水貫流泵裝置將得到越來越多的應(yīng)用■