閘門泵設計與應用

張一平，吳 萍

（嘉興市水利水電勘察設計研究院，浙江 嘉興 314033）

0 引言

閘泵一體式泵站，簡稱“閘門泵”，采用全貫流潛水泵，通過連接法蘭與鋼閘門直聯，水泵隨鋼閘門同步啟閉，可實現閉門啟泵引、排水，啟門進行閘、泵養護[1-4]。

1 全貫流潛水泵的主要特色

1.1 結構緊湊，效率高

全貫流潛水泵的葉輪與電機轉子做成一體，工作水流從轉子內腔流過，結構十分緊湊，將傳統的泵機合二為一，潛水電泵整機的軸向尺寸約比傳統同類型潛水電泵縮短了1/2，材料的有效利用率提高，金屬消耗量減小，使得整機重量減輕，約比傳統潛水電泵節約用材20%以上。采用閘泵結合一體化安裝形式，無需上部廠房結構，水工結構可簡化，占地面積減小，減少工程投資。

全貫流泵的電機按新設計理念和方法，可大幅減小水磨損耗，電機效率已能達到88%左右，而同時，由于水流從全貫流泵內直進直出，流速分布均勻，流態平順，局部損失很小，配合合理的流道設計，減少沿程損失，可使裝置效率得以明顯提高。

1.2 濕定子電機，無密封要求

全貫流潛水泵電機采用濕定子電機，其繞組是浸入水中工作，并通過水流對繞組進行冷卻，電機結構屬于敞開式，無密封要求。濕定子繞組技術成熟，繞組線圈是利用多層共熔共擠繞組線技術專利制造的專用耐水繞組線，其工作環境介質即為水，因此沒有普通干式潛水電機的對電機腔進行密封防水的要求，減少了因電機密封失效進水而引起電機燒毀的安全隱患，電機的可靠性大大提高。

1.3 冷卻充分，可靠性高

全貫流潛水泵電機屬于完全浸入水中的敞開式電機，其冷卻介質即為泵送水流，電機定、轉子在運行過程中所產生的熱量，能及時、有效地被工作水流帶走，冷卻充分，電機溫升非常低，僅比環境水流溫度高約10℃左右。徹底解決了由于電機運行過程中定、轉子冷卻不充分，造成電機溫升過高，引起定、轉子膨脹，最終導致定、轉子相擦的嚴重后果，從根本上提高了電機工作的可靠性。

1.4 葉片消除間隙，抗汽蝕性能好

傳統軸流電泵的葉片與轉輪室間存在間隙，液體在葉片工作面和背面壓差的作用下，沿著外緣間隙從工作面向背面的流竄，高速繞流引起壓力下降造成汽蝕。全貫流泵的葉片與葉輪輪轂和轉子鐵芯是剛性連接成一整體，隨同轉子鐵芯一起旋轉，從根本上消除了葉片間隙的存在，提高了葉片抗汽蝕性能。

2 鋼閘門設計

2.1 鋼閘門與全貫流潛水泵的聯結

鋼閘門面板上焊接法蘭圈作安裝基面，并作24個均布螺孔。其定位精度由位置度公差控制，鋼閘門與全貫流潛水泵采用A2-70不銹鋼螺栓聯結堅固，全貫流潛水泵連接法蘭面設橡膠密封圈防止滲漏，如圖1所示。

全貫流潛水泵由于結構緊湊，泵體短，極易找出其重心位置，使泵體兩端幾乎以連接法蘭對稱，閘門泵的重心按水泵和鋼閘門的重心復合計算，吊耳中心與之重合。閘門與水泵在工廠組裝后，整體再作靜平衡試驗，閘門的傾斜不應大于門高的1/1 000，當不符合規定時，應予配重。

圖1 鋼閘門與全貫流潛水泵聯結圖

2.2 門葉結構設計

全貫流潛水泵的安裝法蘭面一般在其重心位置，水泵進水側置于閘門內，鋼閘門面板開安裝孔，孔內設筒圈及翼緣環。閘門采用多主梁結構，按構造要求加密布置，主梁與筒圈等高焊接，增加整體強度。

閘門主支承采用MGA自潤滑臺式弧面滑塊，MGA自潤滑材料通過對高分子材料改進，利用特殊的合成工藝制造，具有摩擦系數低、自潤滑免維護、承載能力大、抗震性能好等特點。閘門反支承采用鉸式反向彈性滑塊，借助橡皮的彈力把門葉緊貼在門槽反軌上，可有效控制水泵振動，保持水泵平穩運行。

2.3 啟閉機選型與擱門裝置設計

閘門泵的啟閉可選用BQP型閉式傳動固定卷揚式啟閉機。傳統卷揚式啟閉機開式齒輪傳動精度低，潤滑條件差，輪齒外露易磨損，后期維護工作量較大，而閉式啟閉機采用全封閉傳動，能保證良好的潤滑效果和較高的嚙合精度，傳動效率高，維護保養方便。

全貫流潛水泵安裝后，閘門泵整體重心接近面板，而傳統菱式半自動擱門器因接觸面積小，且安裝位置不容易與閘門泵重心對正，閘門易傾斜，故閘門泵擱門宜采用工字梁，以加大接觸面長度，提高擱門穩定性。為滿足自動化控制要求，擱門梁由LAP型電動推桿驅動作往復直線運動，電動推桿磁感應限位開關作行程控制，如圖2所示。閘門泵擱門后，全貫流潛水泵位于檢修平臺上方，檢修梁上設置CD1型電動葫蘆，安裝、維護極為方便。

圖2 電動推桿擱門裝置示意圖

3 閘門泵工程應用實例

浙江省嘉興市秀洲區長水塘灌區萬里浜泵站，使用平面滑動鋼閘門與全貫流潛水泵組成閘門泵，與傳統軸流泵相比，可節省泵房土建投資十多萬元，同時還可減少占地面積及建設周期。

閘門泵鋼閘門尺寸（6 m×4.8 m×1.63 m），門重6.4 t，采用多主梁結構，主支承采用MGA臺式弧面滑塊，反支承采用鉸式反向彈性滑塊，側止水為P型橡膠止水，底止水采用條型橡膠止水并與側止水疊接，鋼閘門防腐采用熱噴鋅復合涂層，干膜厚不小于350μm，啟閉機型號QP2×80 kN，靜水啟閉；水泵選用600QGWZ-125全貫流潛水泵，設計揚程2.75 m，設計流量0.78 m3/s，額定轉速730 rpm，泵段水力效率82%，軸功率25.5 kW，全貫流潛水泵電機型號YQSN850-8P（30 kW，380 V），額定功率30 kW，電氣防護等級IP68，濕定子電機專用絕緣等級，水泵整機重量2.2 t。

萬里浜閘門泵自投入運行以來，振動小、噪聲低、效率高、運行平穩可靠，相比傳統的泵站，還具安裝快速、費用低、占地面積小、操作簡便等優點。

4 結語

閘門泵是全貫流潛水泵與鋼閘門結合安裝方式的創新，非常適合于中小型軸流泵和灌流泵應用的地方，且操作、維護簡便，便于水利工程標準化管理，具有廣泛應用前景。