大中型潛水泵站設(shè)計選型與應(yīng)用

袁龍剛　呂建新（中山市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司　廣東　中山　528403）

大中型潛水泵站設(shè)計選型與應(yīng)用

袁龍剛呂建新
（中山市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司廣東中山528403）

本文介紹了全貫流潛水電泵及帶行星齒輪潛水電泵的工作原理及特點，并通過具體的工程實例，結(jié)合水泵不同的安裝方式，介紹了大中型潛水泵站的設(shè)計選型與實際應(yīng)用，對類似工程的設(shè)計提供借鑒。

全貫流潛水電泵；帶行星齒輪潛水電泵；雙向抽水泵站

1　前言

潛水泵是水泵和電動機聯(lián)成一體并潛入水下工作的泵裝置。潛水泵站是安裝潛水泵作為主要抽水設(shè)備的泵站。潛水泵的安裝方式可分為貫流式、井筒式、浮船（箱）式、斜拉式等。取水口位置水位變幅大的；建設(shè)移動機組式泵站的；不宜修建地面泵房，需要保持地面風(fēng)貌的；要求降低噪聲影響的；需應(yīng)急取排水的，符合以上條件的，可建設(shè)潛水泵站。本文介紹全貫流潛水電泵及帶行星齒輪潛水電泵的設(shè)計選型與應(yīng)用。

2　全貫流潛水泵站介紹

2.1全貫流潛水電泵工作原理介紹

全貫流潛水電泵又稱電機泵，是將水泵葉輪安裝在電機的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，與轉(zhuǎn)子形成一個整體，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于水泵的葉輪外殼，使電機的無效部分變成工作部分，工作時水流從轉(zhuǎn)子內(nèi)腔流過。

2.2全貫流潛水電泵的特點

裝置保持了潛水電泵投資省、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、噪聲低、散熱好等優(yōu)點。由于水流直進直出，因而全貫流潛水電泵具有水力性能好，流道順暢，裝置效率高等特點。

2.3全貫流潛水泵在石特涌泵站中的應(yīng)用

2.3.1工程概況

石特涌泵站新建工程位于中山市西區(qū)石特涌口，為內(nèi)河排澇泵站，是集防洪、排澇、改善水環(huán)境等多功能為一體的中型水利工程。工程主要任務(wù)為新建泵站一座及水閘一座。

為充分解決排澇和水環(huán)境問題，石特涌泵站必須具備雙向抽水功能。經(jīng)水文計算，泵站的設(shè)計流量為12.78m3/s（排澇設(shè)計流量，引水流量與其相同），排澇和引水工況設(shè)計揚程為 1.70m，最高揚程為2.20m。根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》，泵站工程規(guī)模為中型。

2.3.2泵站設(shè)計方案比較

本泵站具有排澇和引水要求，滿足使用要求的設(shè)計方案主要有：潛水貫流泵方案、X型流道立式軸流泵方案和節(jié)制閘與泵站聯(lián)合調(diào)度方案。

由于節(jié)制閘和泵站聯(lián)合調(diào)度方案，建筑物較多，管理運行不便，且受工程場址狹窄制約，不具備實施條件；X型流道立式軸流泵方案采用雙向進出水，進出水流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要開挖的深度過大，泵站進出水流道均需設(shè)置較多閘門和機電設(shè)備，運行維護成本較高，且排澇和引水工況流道效率較低，經(jīng)濟性較差。另外，該泵站設(shè)計揚程較低，如采用傳統(tǒng)的立式軸流泵方案水泵選型比較困難。潛水貫流泵方案進出水建筑物簡單，且機組為臥式安裝，水泵所需要的淹沒深度較小，泵房開挖深度相對較小，運行操作和維護方便，經(jīng)濟性較好。因此，本工程選定潛水貫流泵方案。最終選用3臺1000GQWZ-135全貫流潛水電泵，水泵葉片安裝角度-1°，單機設(shè)計流量4.26m3/s，單機配套功率155kW（380V）。

圖1　泵站縱剖面圖

2.3.3泵站的主要建筑物設(shè)計

泵站由內(nèi)河連接段、前池、泵房、出水池、外河連接段等主要建筑物構(gòu)成。由于泵站建筑物結(jié)形式尺寸較小，且全貫流泵站泵房結(jié)夠比較簡單，將前池、泵房、出水池合建。泵站縱剖面圖詳見圖1。

2.3.4泵站水泵的特點

由于水泵要求雙向抽水，因此水泵采用自動耦合裝置安裝，泵坑采用雙面池壁，雙面池壁均設(shè)置耦合掛鉤，水泵與水泵流道預(yù)埋件之間預(yù)留間隙，反向引水時，利用在泵房設(shè)置的10t移動式電動葫蘆將水泵機組起吊調(diào)頭，反向安裝，實現(xiàn)雙向抽水功能。檢修機組時將水泵直接吊出泵坑，在主廠房內(nèi)進行檢修。

3　帶行星齒輪潛水泵站介紹

3.1帶行星齒輪潛水電泵工作原理介紹

帶行星齒輪潛水電泵是將潛水電動機技術(shù)、密封技術(shù)、行星齒輪箱技術(shù)、傳感監(jiān)控技術(shù)組合在一起而產(chǎn)生的整裝式新型機泵一體化產(chǎn)品，驅(qū)動水泵的電動機采用干式全封閉潛水三相異步電動機，采用行星齒輪將電機的高轉(zhuǎn)速降低到水泵需要的低轉(zhuǎn)速。帶行星齒輪潛水電泵可分為立式安裝（帶行星齒輪潛水軸流電泵）和臥式安裝（帶行星齒輪潛水貫流電泵）。

3.2帶行星齒輪潛水電泵的特點

裝置保持了潛水電泵投資省、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、噪聲低、散熱好等優(yōu)點。水泵與電機構(gòu)成一體，無需在安裝現(xiàn)場進行耗工、耗時的電機-傳動裝置-水泵軸線對中的裝配工序，現(xiàn)場安裝方便、快速。高速電機直徑小，有利于選擇合理的燈泡比，而且大幅提高力能指標(biāo)、減少金屬的消耗量，減小水泵造價。

3.3帶行星齒輪潛水軸流電泵在梅州黃塘排澇泵站中的應(yīng)用

3.3.1工程概況

梅州大堤北堤防洪排澇工程位于梅州市城區(qū)北西部，離梅江一級支流程江河出口約1.3km的黃塘河出口處，工程建設(shè)內(nèi)容為新建一座泵站（黃塘排澇泵站）、一座水閘和新建程江河防洪堤后擋墻1.163km，工程的主要功能為排澇、防洪及改善水環(huán)境。

經(jīng)水文計算，泵站的設(shè)計流量為115m3/s，設(shè)計揚程為3.57m，最高揚程為5.80m。根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》，泵站工程規(guī)模為大（2）型。

3.3.2泵站設(shè)計方案比較

黃塘排澇泵站為低揚程大流量泵站，滿足使用要求的設(shè)計方案主要有：立式軸流泵方案、帶行星齒輪潛水電泵方案和燈泡式貫流泵方案。

由于單機流量大，葉輪直徑大，水泵轉(zhuǎn)速低，電機極數(shù)增加，燈泡式貫流泵難以選擇合理的燈泡比，同時電機極數(shù)增加，機組投資增大。立式軸流泵，泵房底板開挖深度較深，泵房結(jié)構(gòu)復(fù)雜（多層泵房），對機組安裝精度和軸承的供油、供水技術(shù)要求高，且檢修麻煩。帶行星齒輪潛水電泵為機泵一體化產(chǎn)品，不再需要配置的油、水、氣系統(tǒng)，管理將更為方便，同時也省去了這部份的投資和維護費用。經(jīng)行星齒輪減速箱減速，電機的高轉(zhuǎn)速可降低到水泵需要的轉(zhuǎn)速，高速電機直徑小，有利于選擇合理的燈泡比，而且大幅提高力能指標(biāo)、減少金屬的消耗量，減小水泵造價。最終選用8臺1800ZDBX-130型帶行星齒輪潛水軸流電泵，水泵葉片安裝角度+2°，單機設(shè)計流量14.1m3/s，單機配套功率800kW（10kV）。

3.3.3泵站的主要建筑物設(shè)計

泵站為堤身式泵站，泵站由內(nèi)河連接段、前池、泵房、出水池、外河連接段等主要建筑物構(gòu)成。泵房樓板面層兼做堤頂?shù)缆?，進水流道、出水流道、泵房為一整體。泵站縱剖面圖詳見圖2。

3.3.4泵站水泵的特點

水泵為機泵一體化產(chǎn)品，采用高速異步電機，行星齒輪減速，采用井筒式安裝，水泵安裝檢修時，可將水泵頂部壓蓋打開，用汽車吊直接從井筒中吊出檢修。

圖2　泵站縱剖面圖

圖3　泵站縱剖面圖

3.4帶行星齒輪潛水貫流電泵在白石涌泵站中的應(yīng)用

3.4.1工程概況

中山市白石涌泵站工程位于中山市石岐區(qū)白石涌與石岐河會合處，是一座以排澇為主的大型排水工程，主要建設(shè)內(nèi)容為新建外排泵站、水閘及交通橋。新建白石涌泵站的主要任務(wù)為電排白石涌集水面積的澇水。

經(jīng)水文計算，泵站的設(shè)計流量為135m3/s，設(shè)計揚程為2.00m，最高揚程為3.10m。根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》，泵站工程規(guī)模為大（2）型。

3.4.2泵站設(shè)計方案

白石涌泵站為低揚程大流量泵站，通過立式軸流泵方案、帶行星齒輪潛水電泵方案和燈泡式貫流泵方案比選，同時為了減小泵房底板開挖深度，水泵采用臥式安裝方式，最終選用6臺2600QG-24.5-2.00帶行星齒輪潛水貫流電泵，水泵葉片安裝角度0°，單機設(shè)計流量 25m3/s，單機配套功率1000kW（10kV）。

3.4.3泵站的主要建筑物設(shè)計

泵站為堤身式泵站，泵站由內(nèi)河連接段、前池、泵房、出水池、外河連接段等主要建筑物構(gòu)成。進水流道、出水流道、泵房為一整體。泵站縱剖面圖詳見圖3。

圖4　泵站縱剖面圖

3.4.4泵站水泵的特點

水泵為機泵一體化產(chǎn)品，采用高速異步電機，行星齒輪減速，采用濕式安裝，水泵與流道預(yù)埋件之間預(yù)留100mm間隙，泵坑采用雙面池壁，雙面池壁均設(shè)置水泵導(dǎo)向軌道，水泵安裝檢修時候可采用汽車吊直接將水泵沿導(dǎo)向軌道吊出泵坑。水泵支承采用滾輪，滾輪支承在預(yù)埋軌道上，水泵運行時在水推力的作用下，可沿順?biāo)鞣较蛳蜻M水流道方向移動，使水泵進水喇叭口與進水流道預(yù)埋件直接擠緊。

3.5帶行星齒輪潛水貫流電泵在永寧排澇泵站中的應(yīng)用

3.5.1工程概況

小欖鎮(zhèn)永寧泵站、水閘工程位于廣東省中山市小欖鎮(zhèn)永寧村境內(nèi)，為內(nèi)河排澇泵站，外臨鳧洲河，是集防洪、排澇等多功能為一體的中型水利工程。

經(jīng)水文計算，泵站的設(shè)計流量為20m3/s，設(shè)計揚程為2.00m，最高揚程為3.00m。根據(jù)《泵站設(shè)計規(guī)范》，泵站工程規(guī)模為中型。

3.5.2泵站設(shè)計方案

永寧泵站設(shè)計方案基本與白石涌泵站相同，選用2臺1600GZBW-100-500kW帶行星齒輪潛水貫流電泵，水泵葉片安裝角度0°，單機設(shè)計流量10m3/s，單機配套功率500kW（10kV）。

3.5.3泵站的主要建筑物設(shè)計

泵站為堤身式泵站，泵站結(jié)構(gòu)基本與白石涌泵站相同。泵站縱剖面圖詳見圖4。

4　工程運行效果

石特涌泵站竣工驗收后已運行了3年，黃塘排澇泵站完工驗收后已運行了5年，白石涌泵站已試運行了2年，永寧排澇泵站竣工驗收后已運行了5年，以上泵站在運行期間排澇流量和揚程滿足設(shè)計要求，水泵運行平穩(wěn)，得到了建設(shè)單位的好評。

5　存在不足及改進建議

全貫流潛水電泵及帶行星齒輪潛水電泵的不足之處在于水泵機組為新型機電一體化產(chǎn)品，機組生產(chǎn)廠家遠在天津市、安徽省合肥市等，生產(chǎn)廠家在廣東省暫時還沒有設(shè)立維修點，水泵機組大修需要返廠，大修時運輸成本較大，隨著此種新型機電一體化產(chǎn)品在廣東省的大力推廣，廣東省境內(nèi)選用此種機型的泵站逐步增多，建議機組生產(chǎn)廠家在廣東省設(shè)立維修點，方便用戶大修，降低大修成本。

6　結(jié)語

經(jīng)專利檢索和科技查新，帶行星齒輪的大型潛水電泵及全貫流潛水電泵技術(shù)是我國獨有的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)和專利技術(shù)的產(chǎn)品。

通過本項目研究，潛水電泵大型化及其運行可靠性、穩(wěn)定性等進一步提高，安裝、拆卸更加方便，使?jié)撍谜揪哂姓嫉匦?、工程投資省、建設(shè)工期短等特點更一步顯現(xiàn)。推廣應(yīng)用前景廣泛：

（1）目前，我國現(xiàn)有大型排澇及灌排結(jié)合的泵站327處，2349座，裝機14196臺，裝機功率291.89萬kW，約50%泵站均可采用潛水泵站替代。

（2）隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進，城鎮(zhèn)防洪排澇顯得越來越重要，各地將建設(shè)一大批排澇泵站。而潛水泵站具有的特點，特別適合于城鎮(zhèn)排澇泵站的建設(shè)，必將成為城鎮(zhèn)防洪排澇工程建設(shè)中泵站選用的主流和趨勢。陜西水利

［1］《潛水泵站技術(shù)規(guī)范》（SL584-2012）［S］.中國水利水電出版社

［2］陳德亮.《取水輸水建筑物叢書—泵站》［M］.中國水利水電出版社

［3］徐輝.《貫流式泵站》［M］.中國水利水電出版社

［4］欒鴻儒.《水泵及水泵站》［M］.中國水利水電出版社

［5］古智生.《全潛水灌流泵的開發(fā)與應(yīng)用》［J］.水利水電技術(shù).2010.12

［6］《全貫流潛水電泵》［P］樣本.天津甘泉集團有限公司

［7］《帶行星齒輪潛水電泵》［P］樣本.合肥三益江海泵業(yè)有限公司

［8］《石特涌泵站設(shè)計資料》［R］、《梅州大堤北堤防洪排澇工程設(shè)計資料》［R］、《中山市白石涌外排泵站設(shè)計資料》［R］、《小欖鎮(zhèn)永寧泵站、水閘工程設(shè)計資料》［R］.中山市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司

（責(zé)任編輯：暢妮）

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