潜水贯流泵装置在低扬程大流量排水泵站的设计应用

崔 健 张 剑 徐 静 章启兵

蚌埠市龙子湖泵站工程是安徽省世界银行贷款蚌埠综合环境整治水利项目之一。龙子湖泵站为排涝泵站，位于蚌埠市区东郊的龙子湖入淮河口，任务是抽排龙子湖区内涝水。泵站设计流量为40m3/s，特征净扬程介于3.50～5.30m之间，属于低扬程、大流量排水泵站。针对这一特点，将潜水贯流泵装置引入龙子湖泵站选型设计中，首次采用单机设计流量为8m3/s、水泵叶轮直径为1600mm、配套电动机额定功率为630kW的行星齿轮传动的潜水贯流泵机组。

一、泵站工作特点及运行要求

龙子湖泵站主机组主要有以下几个工作特点，这也是在泵装置型式选择时应予以考虑的。

1.泵站为排涝泵站，因而年运行小时数少，通常在4～7月份梅雨季节和8～10月份高温季节运行，对泵站的安全可靠性有很高的要求。

2.泵站要求在设计工况（净扬程3.50m）时能抽排设计流量，且应保证泵组在设计及最高扬程时能高效、稳定运行。

3.泵站扬程较低，要保证工作净扬程3.50～5.30m范围内泵都能安全、高效、稳定运行，因此要求尽可能选择性能优良的水力模型及稳定可靠的泵装置型式。

4.泵组在最高净扬程5.30m运行时,电机功率应小于额定功率，确保电机不过载。

二、泵装置型式选择

泵站设计的关键在于泵装置型式选择，它直接关系到泵站站身结构形式、工程造价、运行费用及运行管理等等。泵装置型式的选择主要取决于以下四个方面:

1.泵装置型式的安全可靠性，这是排涝泵站首先要确保的。

2.理想的运行参数,保证水泵机组有较高的泵段效率和较低的电机功率，以减少长期运行费用。

3.合理的布置形式，有利于水泵机组稳定运行及降低泵站建设总投资。

4.较高的泵站装置效率，以节省长期运行费用。

根据龙子湖泵站机组工作特点和要求以及参考国内外已建的低扬程大中流量泵站,适合本站的泵装置型式有：立式轴流泵、斜式轴流泵、立式潜水轴流泵（井筒安装）和潜水贯流泵。

对上述4种泵装置型式进行初步的技术经济比较，见表1。

从表1的分析可以看出，卧式安装的潜水贯流泵装置可以在泵站扬程较低的条件下得到较高的泵装置效率，同时泵站配套的水工建筑物具有结构简单、施工难度小、投资省和管理运行简单等优点。因此，潜水贯流泵装置理论上是低扬程、大流量的泵站最为合理的泵装置型式。

三、潜水贯流泵装置性能

根据蚌埠市水利勘测设计院推荐的设计方案，龙子湖泵站采用的潜水贯流泵机组由无锡某水泵厂和山西某电机厂合作设计研制。在广泛收集国内先进的泵型技术资料的基础上，选择了效率高、水力性能好的水力模型。对龙子湖潜水贯流泵装置进行三维流动数值模拟及优化水力计算研究，并对其进行了泵装置模型试验，确保所采用的潜水贯流泵装置的能量性能、汽蚀性能和飞逸特性等水力性能满足设计要求。龙子湖泵站潜水贯流泵装置模型试验性能主要数据见表2。

表1 泵站装置型式比较

潜水贯流泵装置的水泵与电机之间通过行星齿轮传动，电机、行星齿轮、水泵同轴心，齿轮传动受力均匀、润滑条件好，电机转速高、尺寸小。其优点是灯泡体尺寸小，水流条件好，流道顺畅，效率高。整个贯流泵机组由叶轮部件、推力轴承部件、泵体部件、齿轮箱、潜水电动机及与进、出流道连接部件组成，详见图1所示。

四、潜水贯流泵泵站布置

潜水贯流泵机组间的中心距主要由机组外形尺寸、进出水流道的净宽及中间隔墩的宽度共同确定。流道进出口净宽均为3.50m，大于潜水贯流泵机组最大剖面的直径2.20m；边墩厚为0.95m，中墩厚为1.0m；机组中心距为4.50m。主泵房垂直水流方向长度为23.40m。

泵房宽度是根据机组在厂房内起吊的结构尺寸和设备、管道及通道楼梯等布置要求来确定，同时需结合电动桥式起重机的标准跨度。泵房顺水流方向净宽度定为10.40m。

龙子湖泵站采用闸门断流，每台机组流道出口均设快速闸门2套，互为备用，采用液压启闭机操作。闸门的控制程序和运行速度依据机组水力过渡过程来确定，按设置的程序，闸门和水泵机组实现联动。

表2 潜水贯流泵装置模型试验性能数据（叶片-4.6°）

龙子湖泵站设桥式起重机及相应的排水设备。具体布置见图2、图3。

五、结语

潜水贯流泵是一种实用新型水泵，具有泵站配套建筑物结构简单、辅助设备少、施工难度小、投资省和泵站装置效率高等优点，非常适合低扬程、大流量泵站使用。

该泵型可根据泵站使用要求的不同，充分发挥其平直进、出水形式的优势，将潜水贯流泵设计成双向运行，即可向外河排水，也可以向内河引水，从而最大限度地发挥此类泵站的作用。

潜水贯流泵装置机电一体化程度高、技术含量高，代表着水泵机组发展的一个方向。随着我国科学技术的快速发展和整体工业水平的不断提高，预计潜水贯流泵装置将得到越来越多的应用■