軸流泵的特性與應用

張傲雪

(廣東省惠州市華禹水利水電工程勘測設(shè)計有限公司，廣東惠州516003)

1 軸流泵的特性曲線

水泵分為離心泵、軸流泵和混流泵，軸流泵是一種高比轉(zhuǎn)速(大于500)的泵型，通常應用于揚程低于10.00 m、大流量的排灌站，特別適用于低洼河網(wǎng)地帶的大面積排水，但水泵的高效率區(qū)范圍窄，揚程變化后，效率很快下降。

圖1 軸流泵特性曲線

從圖1可知，軸流泵特性曲線為三條曲線組成［1］:功率與流量關(guān)系曲線N=f(Q)、揚程與流量關(guān)系曲線H=f(Q)、效率與流量關(guān)系曲線η=f(Q)等，對各關(guān)系曲線特性分析如下:

1)由H=f(Q)曲線可知，揚程隨流量的減小而增大，小流量區(qū)存在馬鞍形不穩(wěn)定段，如果水泵運行在小流量側(cè)，偏離高效率點不遠處，就會出現(xiàn)明顯的噪聲，在到達馬鞍形右側(cè)最高揚程時，噪聲和振動非常明顯。

2)由N=f(Q)曲線可知，整條曲線是陡降曲線，水泵隨流量減小，軸功率迅速增加，當Q=0(此時工況稱關(guān)死點工況，相應揚程稱關(guān)死點揚程，功率稱為關(guān)死點工率)，其功率約等于1.2～1.4倍設(shè)計工況時的軸功率。

3)由η=f(Q)曲線可知，其圖型成單駝峰曲線，其最高效率區(qū)為微小區(qū)段，高效率工作范圍很小，流量在偏離設(shè)計工況點時，效率下降很快。

軸流泵的氣蝕余量值是由水泵廠家通過氣蝕試驗中求得，通常軸流泵的氣蝕余量都要求較大，水泵運行中，葉輪經(jīng)常淹沒在水中一定深度?！侗谜驹O(shè)計規(guī)范》［3］規(guī)定:軸流泵或混流泵立式安裝時，其基準面最小淹沒深度應大于0.50 m。近年來的研究表明，水中泥沙含量對水泵的氣蝕有很大的影響，應引起設(shè)計中關(guān)注。

2 軸流泵的應用

軸流泵按葉片調(diào)節(jié)方式分為固定式、半調(diào)節(jié)和全調(diào)節(jié)三種，由于固定式水泵性能單一，已很少生產(chǎn)。目前，我國生產(chǎn)的軸流泵大部分為半調(diào)節(jié)和全調(diào)節(jié)。按泵軸的安裝方向方向分為立式、臥式和斜式三種，臥式軸流泵又分軸伸式、貓背式、貫流式和電機泵等。泵軸的安裝方向不同，造成水泵的性能、安裝檢修、工程造價及適應條件等諸多方面發(fā)生變化。本文對惠州市的排沙、文頭嶺、新民及沙田排澇站等設(shè)計和運行情況進行分析(見表1)，進一步說明立式、斜式及臥式軸流泵的特點及使用條件。

2.1 立式軸流泵

立式軸流泵一種傳統(tǒng)常用的泵型，也是我國排水泵站中使用最多的一種泵型。立式軸流泵是將泵體安置在水泵層，電機和傳動部分安置于電機層，由專有的傳動軸將電機與水泵聯(lián)接。通常電機、傳動部分、泵轉(zhuǎn)子重量和水泵軸向力由電機層承擔，而水泵層只承擔泵殼部件的重量和運行時其他的一些外力。水泵有濕室(開式)和干室(閉式)之分，其主要區(qū)別在于水泵層是否充水。

立式軸流泵的特點是:平面尺寸較小，廠房占地面積小，水泵葉輪淹沒在水中，水泵啟動方便;動力機可安裝在水泵上部，可位于最高洪水位以上，通風采光防潮條件好。缺點也是由于動力機安裝在水泵上部，機組高度較大，廠房高度較大，基礎(chǔ)開挖較深，地基承載力較為集中;安裝要求較高，檢修較麻煩。

排沙新站位于惠城區(qū)橫瀝圍排沙河主河床右岸，河底高程11.00 m，泵房底板高程為 7.51 m，基礎(chǔ)開挖高程為 6.00 m，最大開挖深度為5.00 m。泵站設(shè)計水位14.50 m，最低運行水位13.70 m，最高運行水位17.50 m，水泵運行水位變幅值為3.80 m。設(shè)計中經(jīng)比選后，將排沙新站機組選擇為立式軸流泵。

2.2 斜式軸流泵

斜式軸流泵具有在低揚程下立式軸流泵不具備的優(yōu)點，水泵的進出水流道水流條件平順流暢，不但能提高水泵的裝置效率，還具有開挖少，基礎(chǔ)受力相對均勻，水泵與電機的連接采用膜(薄)片聯(lián)軸器，變形量范圍較大，可以有效補償由于安裝和基礎(chǔ)變位引起的配合誤差;水泵殼體采用中開剖分形式，可直接吊起上部殼體，安裝、檢修、維護方便。

東岸排澇站位于位于惠城區(qū)潼湖鎮(zhèn)東岸涌上［3］，安裝6臺斜30°軸流泵。斜30°軸流泵與斜15°軸流泵相比的優(yōu)勢為［4］:運行水流較平穩(wěn)，效率可達到65%以上，比斜15°軸流泵相應提高了12%;安裝檢修方便，緊急搶修水泵，可節(jié)約一半的工程量;泵房基礎(chǔ)開挖明顯減少，以轉(zhuǎn)輪為1.80 m的水泵為例，土石方開挖減少14%，回填減少10%，且進水流道抬高，運行時減少了淤積;基礎(chǔ)應力變得更加均勻，地基不均勻系數(shù)可從1.80減小到1.09;電機的接線箱可置于電動機機墩之間，不必另外安排接線箱的位置。

文頭嶺排澇站位于惠州市西枝江下游、西枝江與新開河交匯處，通過工程建設(shè)與運行的實踐表明，同樣采用斜式軸流泵。

表1 排澇站基本情況統(tǒng)計表

2.3 臥式軸流泵

臥式軸流泵的設(shè)計揚程在0～4 m范圍內(nèi)，泵殼均為水平中開結(jié)構(gòu)，水泵安裝檢修方便;水泵、電機水平布置，泵房荷載分布較均勻，泵房開挖較少，適用于地基應力較弱的泵站。缺點是泵房占地面積較大，水泵效率有待提高。

臥式軸流泵分為水平軸伸式、貓背式和貫流式，貓背式水泵進出水流道都是向下彎曲，轉(zhuǎn)輪位于背部處轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，因此，進出水流道的水頭損失較大，造成水泵的裝置效率降低;進出水流道的開挖深度較大，工程投資增加;泵站與電機需減速器連接，齒輪噪聲大，運行環(huán)境較差，因此貓背式在大中型泵站中未能得到推廣。

沙田排澇站位于惠州市大亞灣區(qū)淡澳分洪河整治工程媽廟河出口處，泵站進水口最低、最高運行水位為1.00 m、2.20 m，設(shè)計水位為1.50 m。進水口水位變幅不大，其基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)土，開挖難度較大，由于采用了臥式軸流泵，地基應力盡為80.00 kPa，對基礎(chǔ)進行粉噴樁處理，滿足泵站地基承載要求。

3 結(jié)語

軸流泵在關(guān)死點工況時，揚程最高，功率最大，運行最不穩(wěn)定，設(shè)計及運行中應避免出現(xiàn)此工況。軸流泵的調(diào)節(jié)只能通過變速、變角調(diào)節(jié)，其他調(diào)節(jié)都是不允許的。

立式、斜式及臥式軸流泵的設(shè)計揚程宜分別在3～10 m、2～5 m、0～4 m范圍內(nèi)，立式軸流泵是一種傳統(tǒng)常用的泵型，適用范圍廣，設(shè)計、運行經(jīng)驗相當豐富;臥式軸流泵有待進一步研究和創(chuàng)新，解決工程建設(shè)和運行方面的難題;斜式軸流泵是本世紀使用較多的一種泵型，特別是斜30°軸流泵，他具有水流平穩(wěn)，效率提高;安裝檢修方便;泵房開挖量減少，基礎(chǔ)應力變得更加均勻。

［1］丁成偉.離心泵與軸流泵［M］.北京:機械工業(yè)出版社.1991.

［2］GB50265－2010泵站設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社.2010.

［3］惠州市潼湖圍東岸泵站更新改造工程初設(shè)報告［R］.中山:中山市水利電力勘測設(shè)計咨詢有限公司.2011.

［4］斜式30°軸流泵及新技術(shù)的設(shè)計與應用鑒定資料匯編［R］.廣州:廣東省水利廳農(nóng)電處.2009.