一種全方位安裝的新型水陸兩棲式提水裝備

□陳立 蔣輝霞 劉波 何清燕 陳爽/四川省農業機械研究設計院

1 概述

水陸兩棲式提水裝備通過對傳統技術的集成創新，既具備地面泵的較高工作效率及較便利的安裝形式，又具備潛水泵可以在水下工作的優點，實現了兩棲作業，有效地解決了提水裝備安裝受水位變幅影響的問題，可在江、河、水庫等取水工況復雜的地方建站。

水陸兩棲式提水裝備自第一代樣機研制成功以來，主要采用立式安裝及運行形式，本文介紹的新裝備則具備0 °～180 °全方位安裝的優點，進一步適用于各種復雜環境下的現場安裝。

表1 各設備技術水平對比表

2 技術水平

傳統提水裝備主要有地面泵和潛水泵。目前所用的地面泵不能在水中運行；而潛水泵可以在水中運行，不能在陸地工作。本文介紹的水陸兩棲式提水裝備是對傳統機組結構進行改進，對密封、冷卻等環節重新設計而成的一種新型水泵，具備陸地、水下兩棲作業能力，同時具備0 °～180 °全方位安裝的優點。相關技術水平對比見表1。

3 新裝備關鍵技術環節

3.1 水陸兩棲式提水技術

水陸兩棲式提水技術與裝備通過對水泵的結構、電機的密封與冷卻重新優化設計，使其不僅能在干燥的地面上工作，而且能在潮濕的環境中甚至水下正常運行，具備陸地、水下兩棲運行的功能，同時解決了傳統地面離心泵受客觀條件局限和傳統潛水泵機組安裝檢修不便兩大難題，集兩者的優勢為一體，使農業灌溉提水裝備的技術得到了重大的突破和創新。

3.2 水陸兩棲式提水裝備運維技術

水陸兩棲式提水技術及裝備在電機配套上進行了創新，將地面泵電機的風冷結構改為水冷結構，拋開了干式電機的約束，解決了地面安裝水泵水下運行的難題，并通過采用新型滾珠軸承式電機代替傳統推力盤式潛水電機，大大降低了電機由于淤積而燒毀的概率。

3.3 水陸兩棲式提水裝備冷卻技術

水陸兩棲式提水技術及裝備在結構上創新使用了上行環流熱交換腔，通過泵運行產生的水流為電機提供冷卻媒介，從而保證了潛水電機在地面以上運行時有足夠的冷卻水，不會因為溫度過高而被燒毀，有效解決了潛水電機在水面上運行的問題。

3.4 提升水陸兩棲式提水裝備效率，降低能耗

通過完成水陸兩棲式提水裝備的中試，提升其裝備效率，將原有潛水電機能效等級IE2提升至IE3，將原有提水裝備效率60%提升至不低于68%。

3.5 水陸兩棲式提水裝備0 °～180 °方位安裝技術

通過研究受力形式，采用新的受力部件，完成水陸兩棲式提水裝備的中試，實現水陸兩棲式提水裝備0 °～180 °方位安裝。

4 新裝備主要技術指標

主要技術指標見表2。

表1 新裝備主要技術指標表

5 存在的問題及解決方案

5.1 存在的問題

1） 項目產品繼承傳統單級單吸或單級雙吸離心泵的流道特征和葉輪水力模型，該水力模型穩定可靠，但技術水平定型于20世紀七八十年代，有待進一步優化。

2） 項目產品是由高效潛水電機提供動力輸出的裝備，在通過上行環流熱交換腔對電機進行冷卻的過程中，需使用自身抽送的水體作為冷卻媒介，存在一定的容積損失，有待于進一步優化。

3） 項目產品在推廣及初始產業化的過程中，由于對新產品生產工藝、生產技術及推廣銷售等方面經驗不足，導致目前產品成本較高，有待進一步優化。

5.2 解決方案

1） 對泵體、流道、葉輪等重要部件采用高強度、高硬度、耐腐蝕的不銹鋼鑄造，可有效降低流道磨阻率，提高葉輪工作效率，降低泵體對抽送水體的水質要求；在保證穩定可靠運行的情況下實現水泵工作效率提升3%。

2） 將現設計的潛水電機能效等級從IE3提升至IE4，通過進一步降低能耗提升動力輸出效率的方式，促進整機效率提升。

3） 廣泛積累經驗，熟化生產工藝及生產技術，全面提高產品推廣銷售管理能力；待形成成熟的產業化體系后，可降低項目產品成本8%～10%。

綜上，項目執行后，通過后續資金的投入、技術的熟化及經驗的積累，目前項目中存在的各方面問題均可得到有效解決。

6 結論

提灌站是解決丘陵地區農業生產用水的重要基礎設施，據統計，四川各類型的農業提灌站工程，每年為四川糧食的穩產豐收立下了汗馬功勞。目前，四川有農村機電提水裝備57 萬臺（套）、總動力440萬kW，年提水量超過50億m3，灌溉面積約400萬hm2。機電提灌在保證四川農業生產用水中發揮著不可替代的作用，提灌站是解決丘陵地區農業用水的重要基礎設施，而提灌站安裝的提水裝備則是其核心。然而，四川省內半數提灌站是在20世紀八九十年代建成，其安裝的提水裝備由于受當時技術條件的局限，不具備水陸兩棲作業能力；而在水位變幅較大地區，為避免汛期洪水淹沒，需要將提水裝備反復拆裝搬運，這使其故障率大大增加。新型水陸兩棲式提水裝備具備陸地、水下兩棲作業能力，同時具備0 °～180 °全方位安裝的優點，能進一步適用于各種復雜環境下的現場安裝。該裝備推廣進而完成產業化后，預期將逐步替代現有提灌站20%的提水裝備，為水位變幅較大地區有效解決了取水用水難題，節能省工，為鄉村振興戰略中產業興旺提供了技術保障。