一体化泵闸的设计及技术要点分析

李明玉

摘要：早期建立的传统泵站设计的防洪排涝能力有限，需改良或新建输水量更大的泵站以解决此问题。一体化泵闸是一种将泵站和闸站一体化布置的泵闸，现详细介绍了一体化泵闸中闸体、闸门泵和启闭机的设计及技术要点，为一体化泵闸的推广应用提供了参考。

关键词：一体化泵闸;闸体;闸门泵;启闭机

0 引言

近年来，在持续较长时间的暴雨天气后，各大城市和乡镇内河水位以及部分低洼地区的河道水位明显上升，对于城市的防洪排涝能力是一个严峻挑战。早期建立的传统泵站由于设计的防洪排涝能力有限，并不能满足极端天气条件下的防洪排涝需求。因此，需要改良或新建输水量更大的泵站。传统的排水泵站采用分体式设计，即闸门和泵站分别布置，通常在河道横截面方向的中间设置闸门，在闸门两边设置水泵。在需要排涝时关闭闸门，水泵排水;不需要排涝时打开闸门，关闭水泵，保持内外河道水系的通畅。但传统泵站通常闸门横断面较小，且两侧泵室无法过水，导致不需要排涝时内外河道水体交换能力明显降低。同时，传统泵闸还具有占地空间大、建设周期长、所需投资大等缺点。

一体化泵闸是一种将泵站和闸站一体化布置的闸站，闸门既是挡水结构，又是水泵支承的基础。水泵布置在闸门上，不建立固定的泵室，相比传统泵站具有占用空间小、施工周期短、可整体搬运以及可实现自动化控制等优点。下面详细介绍一体化泵闸的设计及技术要点。

1 一体化泵闸简介

一体化泵闸通常由闸体、闸门泵、启闭机、液压系统、除污系统、监测系统、安全系统、控制中心以及监控云平台等组成，其中闸体、闸门泵和启闭机是最主要的组成部分。设备的安装、使用环境如下：（1）湿度0%～100%;（2）介质温度0～50 ℃;（3）介质密度≤1 200 kg/m3;（4）介质pH值4～10;（5）介质海拔高度<1 km;（6）设备安装运行地点应无爆炸粉尘或导电材料，无破坏绝缘的蒸汽或气体以及腐蚀性金属。

2 一体化泵闸的设计及技术要点

一体化泵闸的主要组成部分是闸体、闸门泵和启闭机，下面分别介绍三者的设计及技术要点。

2.1    闸体的设计及技术要点

2.1.1    闸体的原材料及部件要求

首先，用于制造闸体的原材料及部件必须符合相应的国家、行业标准，且有质量保证书。其次，对于标号不清的材料及部件，在使用前需要进行复验，合格后才能装配。最后，所有钢板剪冲件不能有起皱、裂纹等缺陷，且需保证均已去除毛刺和尖棱。

2.1.2    闸体的焊接要求

在进行闸体焊接时，需要先根据实际需求及相关质量标准制定合适的焊接工艺。所有焊接件在进行焊接前需去除表面的油污、割渣以及氧化皮等，焊缝应美观、均匀，不得有明显缺陷。对接焊缝的加强高度应小于3 mm，焊缝坡口以及焊前进行的焊接工艺评定应符合相关国家标准规定。在焊接中根据其重要性不同，可以将焊缝分成三类，即一类焊缝、二类焊缝和三类焊缝，其中一类焊縫最为重要，主要包括闸体的主梁、边梁、臂柱、翼缘板、吊杆和吊耳等对接焊缝，二类焊缝包括闸体面板、拦污栅的主梁、边梁的对接焊缝等，三类焊缝是除一类和二类焊缝外的其他焊缝。

2.1.3    闸体门体的要求

闸体吊耳距门叶中心线的正负偏差应控制在1.5 mm内，吊耳孔的闸体高度、厚度方向中心线与基准面的正负偏差应在2 mm以内。吊耳和吊杆的轴孔倾斜度应<1/1 000。平面闸体的滑道或滚轮支撑在组装时，应该以止水座面作为基准面进行调整，组装偏差应符合相关国家标准规定。

2.1.4    防腐要求

在进行防腐预处理前，应先将闸体表面清理干净，表面预处理等级应符合国标要求的Sa21/2级，采用照片目视对照法进行评判。经过除锈处理后，闸体表面的粗糙度应小于涂层厚度的1/3，通常在40～100 μm，一般来说，常规防腐需求值在40～70 μm即能满足，而对于高防腐需求则应选择60～100 μm。用于涂装的涂料应符合相应国家标准及设计需求，闸体及埋件在出厂前需要涂底漆、中间漆和面漆，在安装完成后还需要再涂一层面漆。涂装完成后，对涂层外观进行检查，确保表面均匀，且无明显裂纹、气泡和针孔等缺陷。最后根据设计要求检验漆膜的附着力。

2.1.5    闸体止水要求

橡胶水封安装后，两侧止水中心距离和顶止水至止水底缘距离的允许偏差为3 mm，止水表面的平面度为2 mm。两边梁中心距离偏差应控制在±3 mm。在同一横断面上，滚轮或主支承滑道的工作面与止水座面的距离正负偏差应控制在1.5 mm内，反向支承滚轮或滑块的工作面与止水座面的正负偏差应控制在2 mm内。

2.1.6    埋件要求

闸体的主支承行走装置或反向支承装置组装时，应以止水座面为基准面进行调整。所有滚轮或支承滑道都应在同一水平面内，其平面度允许公差：当滑道或滚轮的跨度≤10 m时，允许公差应≤2 mm;若跨度>10 m时，允许公差应≤3 mm。每段滑道至少在两端各测一点，同时滚轮对任何平面的倾斜应不超过轮径的2/1 000。滑道支承与止水座基准面的平行度允许公差：当滑道长度≤500 mm时，允许公差应≤0.5 mm;当滑道长度>500 mm时，允许公差应<1 mm，相邻滑道衔接端的高低差应<1 mm。最后滚轮、液压支承跨度的允许正负偏差应<2 mm。

2.2    闸门泵的技术要点

2.2.1    湿定子闸门泵的技术参数

扬程范围：0.5～12 m;流量范围：640～36 000 m3/h;出口直径：350～1 400 mm;电机功率：7.5～630 kW;电压规格：380 V、660 V、6 kV、10 kV;介质条件：pH值5～9，水质为清水或轻度污水，允许通过颗粒等效直径≤1/10出口口径，不能有大量纤维杂物。

2.2.2    湿定子闸门泵的设计性能

设计点流量：640～21 350 m3/h;设计点扬程：1.18～9.1 m;功率：7.5～630 kW;转速：295～1 450 r/h;泵效率：78.4%～87.3%。

2.2.3    闸门泵的密封

闸门泵的密封至关重要，因此需选用可靠的密封材料，防止输送介质进入泵的轴承腔体，进而影响泵的正常运行。通常闸门泵在规定的使用条件下可至少连续运行4 000 h。

2.2.4    干定子闸门泵

干定子闸门泵的结构外形应符合《贯流泵》（JB/T 10811—2007）中的相关要求，其性能参数应符合《潜水轴流泵》（CJ/T 518—2017）中的相关要求。

2.3    启闭机的技术要点

一体化闸泵中通常用到的是液压式启闭机。液压式启闭机是一种新型的启闭机械，它是以液压缸为主体，油泵、油箱、滤油器、粗动机、液压控制阀的总成。其工作原理是以电机作为动力源，由电机带动双向油泵输出压力油，再通过油路集成块等原件驱动活塞杆来控制闸门的启闭。液压启闭机的技术参数：（1）启动力：2×60～2×3 200 kN;（2）柱塞杆径：80～500 mm;（3）启门行程：2～16 m;（4）工作压力：11.9～16.3 MPa。

3 结语

一体化泵闸虽然输水量不大，但其相比传统泵闸具有占用空间小、施工周期短、可整体搬运以及可实现自动化控制等优点，已成为传统中小型泵站的理想替代品。对于输水量较大的工程，单一的一体化泵闸并不能满足需求，可通过组合式设计将多个一体化泵闸进行组合，从而满足较大输水量的需求。

[参考文献]

[1] 周亮.浅析三维配筋技术在泵闸工程施工图设计中的应用[J].上海水务，2018，34（3）：40-42.

[2] 宋建大.一体化泵闸在福州内河水系治理中的应用[J].福建建筑，2018（7）：140-142.

[3] 张菊平.地埋式一体化泵站的設计和应用[J].中国战略新兴产业，2018（24）：212.

[4] 陈华栋，李虎.基于无线组网的中小闸泵一体化测控装置[J].智慧工厂，2015（11）：101-104.

[5] 周明，孟凡有，张武.一体型泵闸的研制与应用[J].通用机械，2014（4）：85-86.