闸门泵设计与应用

2019-03-06张一平

城市道桥与防洪 2019年2期

关键词：潜水泵启闭机闸门

张一平，吴萍

（嘉兴市水利水电勘察设计研究院，浙江嘉兴 314033）

0 引言

闸泵一体式泵站，简称“闸门泵”，采用全贯流潜水泵，通过连接法兰与钢闸门直联，水泵随钢闸门同步启闭，可实现闭门启泵引、排水，启门进行闸、泵养护[1-4]。

1 全贯流潜水泵的主要特色

1.1 结构紧凑，效率高

全贯流潜水泵的叶轮与电机转子做成一体，工作水流从转子内腔流过，结构十分紧凑，将传统的泵机合二为一，潜水电泵整机的轴向尺寸约比传统同类型潜水电泵缩短了1/2，材料的有效利用率提高，金属消耗量减小，使得整机重量减轻，约比传统潜水电泵节约用材20%以上。采用闸泵结合一体化安装形式，无需上部厂房结构，水工结构可简化，占地面积减小，减少工程投资。

全贯流泵的电机按新设计理念和方法，可大幅减小水磨损耗，电机效率已能达到88%左右，而同时，由于水流从全贯流泵内直进直出，流速分布均匀，流态平顺，局部损失很小，配合合理的流道设计，减少沿程损失，可使装置效率得以明显提高。

1.2 湿定子电机，无密封要求

全贯流潜水泵电机采用湿定子电机，其绕组是浸入水中工作，并通过水流对绕组进行冷却，电机结构属于敞开式，无密封要求。湿定子绕组技术成熟，绕组线圈是利用多层共熔共挤绕组线技术专利制造的专用耐水绕组线，其工作环境介质即为水，因此没有普通干式潜水电机的对电机腔进行密封防水的要求，减少了因电机密封失效进水而引起电机烧毁的安全隐患，电机的可靠性大大提高。

1.3 冷却充分，可靠性高

全贯流潜水泵电机属于完全浸入水中的敞开式电机，其冷却介质即为泵送水流，电机定、转子在运行过程中所产生的热量，能及时、有效地被工作水流带走，冷却充分，电机温升非常低，仅比环境水流温度高约10℃左右。彻底解决了由于电机运行过程中定、转子冷却不充分，造成电机温升过高，引起定、转子膨胀，最终导致定、转子相擦的严重后果，从根本上提高了电机工作的可靠性。

1.4 叶片消除间隙，抗汽蚀性能好

传统轴流电泵的叶片与转轮室间存在间隙，液体在叶片工作面和背面压差的作用下，沿着外缘间隙从工作面向背面的流窜，高速绕流引起压力下降造成汽蚀。全贯流泵的叶片与叶轮轮毂和转子铁芯是刚性连接成一整体，随同转子铁芯一起旋转，从根本上消除了叶片间隙的存在，提高了叶片抗汽蚀性能。

2 钢闸门设计

2.1 钢闸门与全贯流潜水泵的联结

钢闸门面板上焊接法兰圈作安装基面，并作24个均布螺孔。其定位精度由位置度公差控制，钢闸门与全贯流潜水泵采用A2-70不锈钢螺栓联结坚固，全贯流潜水泵连接法兰面设橡胶密封圈防止渗漏，如图1所示。

全贯流潜水泵由于结构紧凑，泵体短，极易找出其重心位置，使泵体两端几乎以连接法兰对称，闸门泵的重心按水泵和钢闸门的重心复合计算，吊耳中心与之重合。闸门与水泵在工厂组装后，整体再作静平衡试验，闸门的倾斜不应大于门高的1/1 000，当不符合规定时，应予配重。

图1 钢闸门与全贯流潜水泵联结图

2.2 门叶结构设计

全贯流潜水泵的安装法兰面一般在其重心位置，水泵进水侧置于闸门内，钢闸门面板开安装孔，孔内设筒圈及翼缘环。闸门采用多主梁结构，按构造要求加密布置，主梁与筒圈等高焊接，增加整体强度。

闸门主支承采用MGA自润滑台式弧面滑块，MGA自润滑材料通过对高分子材料改进，利用特殊的合成工艺制造，具有摩擦系数低、自润滑免维护、承载能力大、抗震性能好等特点。闸门反支承采用铰式反向弹性滑块，借助橡皮的弹力把门叶紧贴在门槽反轨上，可有效控制水泵振动，保持水泵平稳运行。

2.3 启闭机选型与搁门装置设计

闸门泵的启闭可选用BQP型闭式传动固定卷扬式启闭机。传统卷扬式启闭机开式齿轮传动精度低，润滑条件差，轮齿外露易磨损，后期维护工作量较大，而闭式启闭机采用全封闭传动，能保证良好的润滑效果和较高的啮合精度，传动效率高，维护保养方便。

全贯流潜水泵安装后，闸门泵整体重心接近面板，而传统菱式半自动搁门器因接触面积小，且安装位置不容易与闸门泵重心对正，闸门易倾斜，故闸门泵搁门宜采用工字梁，以加大接触面长度，提高搁门稳定性。为满足自动化控制要求，搁门梁由LAP型电动推杆驱动作往复直线运动，电动推杆磁感应限位开关作行程控制，如图2所示。闸门泵搁门后，全贯流潜水泵位于检修平台上方，检修梁上设置CD1型电动葫芦，安装、维护极为方便。

图2 电动推杆搁门装置示意图

3 闸门泵工程应用实例

浙江省嘉兴市秀洲区长水塘灌区万里浜泵站，使用平面滑动钢闸门与全贯流潜水泵组成闸门泵，与传统轴流泵相比，可节省泵房土建投资十多万元，同时还可减少占地面积及建设周期。

闸门泵钢闸门尺寸（6 m×4.8 m×1.63 m），门重6.4 t，采用多主梁结构，主支承采用MGA台式弧面滑块，反支承采用铰式反向弹性滑块，侧止水为P型橡胶止水，底止水采用条型橡胶止水并与侧止水叠接，钢闸门防腐采用热喷锌复合涂层，干膜厚不小于350μm，启闭机型号QP2×80 kN，静水启闭；水泵选用600QGWZ-125全贯流潜水泵，设计扬程2.75 m，设计流量0.78 m3/s，额定转速730 rpm，泵段水力效率82%，轴功率25.5 kW，全贯流潜水泵电机型号YQSN850-8P（30 kW，380 V），额定功率30 kW，电气防护等级IP68，湿定子电机专用绝缘等级，水泵整机重量2.2 t。

万里浜闸门泵自投入运行以来，振动小、噪声低、效率高、运行平稳可靠，相比传统的泵站，还具安装快速、费用低、占地面积小、操作简便等优点。