大型潛水貫流泵機(jī)組的研發(fā)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

劉建龍，陶愛(ài)忠

(1.江蘇省通榆河北延送水工程建設(shè)管理局，江蘇 響水 224600;2.連云港市通榆河北延送水工程建設(shè)處，江蘇 連云港 222001)

0 引言

潛水貫流泵裝置是潛水電機(jī)與貫流泵技術(shù)相結(jié)合的一種裝置類(lèi)型，它適用于低揚(yáng)程泵站。水泵轉(zhuǎn)輪、后導(dǎo)葉、齒輪箱、電機(jī)連為一體直接布置在流道中，機(jī)組段采用全金屬殼體，整體吊裝，機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，流道水力損失小，設(shè)備可靠性要求高，密封止水要求高。國(guó)外早在20世紀(jì)70年代就將該裝置應(yīng)用于大型泵站，如日本農(nóng)政思覺(jué)路津泵站采用2200QG12－5.73型潛水貫流泵，葉輪直徑為2.2 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為 5.73 m，單機(jī)流量為12 m3/s。

1 工程概況

通榆河北延工程灌北泵站和善南泵站是送水工程的第2級(jí)、第3級(jí)泵站，設(shè)計(jì)流量分別為50 m3/s和30m3/s，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程分別為1.56m 和1.5m，2 個(gè)泵站采用相同的機(jī)組形式和單機(jī)規(guī)模，單機(jī)流量均為10 m3/s。2個(gè)泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程很低，年運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，為了實(shí)現(xiàn)泵站較高的泵裝置效率，必須采用水力性能優(yōu)良的泵裝置形式。經(jīng)過(guò)多種方案的比較，最終確定采用臥式潛水貫流泵裝置，水泵直徑為2 m，水泵轉(zhuǎn)速為156 r/min，齒輪減速傳動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為980 r/min，電機(jī)功率為330 kW，是目前我國(guó)葉輪直徑最大的臥式潛水貫流泵。灌北泵站和善南泵站的運(yùn)行特征水位、揚(yáng)程及設(shè)計(jì)流量見(jiàn)表1。

2 泵站機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

灌北泵站和善南泵站初步設(shè)計(jì)采用有廠(chǎng)房豎井貫流泵方案，機(jī)組臺(tái)數(shù)分別為5臺(tái)和3臺(tái)，單機(jī)流量為10 m3/s，不設(shè)備機(jī)。根據(jù)“優(yōu)化泵站等主體工程設(shè)計(jì)，充分利用新材料、新工藝、新技術(shù)，設(shè)計(jì)出具有時(shí)代意義的水利工程，充分展示現(xiàn)代水利的新形象”的要求，江蘇省通榆河北延送水工程建設(shè)管理局組織專(zhuān)家組對(duì)初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)審。根據(jù)評(píng)審意見(jiàn)，灌北泵站和善南泵站采用無(wú)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)形式、潛水式貫流泵，在小口徑潛水式貫流泵成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研制、采用大口徑潛水灌流泵。

2個(gè)泵站取消上部廠(chǎng)房，選用臺(tái)車(chē)機(jī)構(gòu)作為泵站上部結(jié)構(gòu)，機(jī)組采用高壓潛水電機(jī)、行星齒輪減速器、全封閉泵殼結(jié)構(gòu)。泵站機(jī)組站身剖面圖和平面效果如圖1、圖2所示。

2.1 泵站水力模型比選

由于潛水貫流泵與燈泡貫流泵的結(jié)構(gòu)基本相同，根據(jù)評(píng)審意見(jiàn)，灌北泵站和善南泵站的水力模型采用江蘇省南水北調(diào)水源公司組織揚(yáng)州大學(xué)和江蘇大學(xué)為金湖泵站開(kāi)發(fā)的燈泡貫流泵的裝置模型試驗(yàn)成果進(jìn)行比選。選取揚(yáng)州大學(xué)貫流泵模型裝置的試驗(yàn)成果，經(jīng)計(jì)算，取葉輪直徑D=2.0 m，葉輪轉(zhuǎn)速n=148 r/min;選取江蘇大學(xué)貫流泵模型裝置的試驗(yàn)成果，經(jīng)計(jì)算，取葉輪直徑D=2.0 m，葉輪轉(zhuǎn)速n=155 r/min。水力模型的真機(jī)性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 灌北、善南泵站運(yùn)行特征水位、揚(yáng)程及設(shè)計(jì)流量

從水力模型的真機(jī)性能參數(shù)比較表可知，2個(gè)水力模型均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求且裝置效率均較高。經(jīng)比較，采用由江蘇省南水北調(diào)水源公司、江蘇大學(xué)、江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司組成的課題組研發(fā)的燈泡式貫流泵裝置，型號(hào)為JGZM－3。

2.2 泵站機(jī)組段方案設(shè)計(jì)

灌北泵站和善南泵站采用無(wú)廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)形式，泵機(jī)組采用潛水式貫流泵，葉輪直徑D=2.0 m，葉輪轉(zhuǎn)速n=148 r/min，全封閉泵殼結(jié)構(gòu)?？紤]現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)的需要，泵組采用水泵、減速器、電動(dòng)機(jī)三段方案設(shè)計(jì)。為使泵段內(nèi)水流更通暢，減小水流的擴(kuò)散角，減小泵組的燈泡比，選用高壓高速電動(dòng)機(jī)，采用行星齒輪減速箱，同軸線(xiàn)直聯(lián)，以最大限度減少燈泡體積。

表2 水力模型的真機(jī)性能參數(shù)比較

電機(jī)選擇:儲(chǔ)備系數(shù)取1.1，齒輪減速箱效率取92%，則電機(jī)功率為 pd=1.1 ×208/0.92=249(kW)，選用配套電機(jī)功率為315kW的異步電機(jī)，轉(zhuǎn)速為989 r/min。

齒輪減速箱選用行星齒輪減速箱，齒輪箱速比i=6.4。

為了提高泵組設(shè)備運(yùn)行的可靠性，泵組軸承、齒輪箱采用進(jìn)口總成部件，電機(jī)采用強(qiáng)化絕緣。泵組內(nèi)在泵軸承、電機(jī)軸承、三相繞組處設(shè)溫度檢測(cè)裝置，溫度檢測(cè)裝置雙組，一用一備，在電機(jī)段、齒輪箱段、泵軸段設(shè)漏水探測(cè)裝置，在齒輪箱段設(shè)油位檢測(cè)裝置，電機(jī)三相繞組設(shè)置在線(xiàn)絕緣監(jiān)測(cè)儀，各檢測(cè)裝置由信號(hào)電纜接至機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)箱，儀表顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)。機(jī)組段方案如圖3所示。

2.3 進(jìn)、出水流道設(shè)計(jì)

根據(jù)GB 50265—2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》和機(jī)組段主要控制尺寸及站身結(jié)構(gòu)布置的要求，潛水貫流泵的進(jìn)、出水流道形式均采用平直管，進(jìn)水流道長(zhǎng)7.0 m，寬 5.0 m，進(jìn)口流速 0.8 m/s ，流道當(dāng)量收縮角20.8°，進(jìn)水流道單線(xiàn)圖如圖4所示;出水流道長(zhǎng)10.8 m ，寬 5.0 m，出口流速 0.8 m/s，流道當(dāng)量擴(kuò)散角9.8°，出水流道單線(xiàn)圖如圖5所示。

圖3 機(jī)組段方案

圖4 進(jìn)水流道

2.4 機(jī)組安裝高程確定

參照燈泡貫流泵模型裝置特性曲線(xiàn)，查得水泵裝置氣蝕比C=1029，經(jīng)換算，原型泵臨界氣蝕余量約為4.6 m，取安全系數(shù)1.3，則許用氣蝕余量為5.98 m。

水泵安裝高度

由計(jì)算結(jié)果可知，水泵葉輪不需淹沒(méi)。同時(shí)根據(jù)GB 50265—2010《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，泵站進(jìn)水流道的進(jìn)口上緣應(yīng)淹沒(méi)在進(jìn)水池最低運(yùn)行水位以下至少0.5 m，經(jīng)綜合考慮，確定葉輪中心安裝高程為 －1.5 m，葉輪頂緣淹沒(méi)深度為1.8 m。

圖5 出水流道

2.5 輔機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

灌北泵站、善南泵站潛水貫流泵采用電機(jī)內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷技術(shù)，在電機(jī)外殼設(shè)置導(dǎo)風(fēng)管，利用外部流動(dòng)的水體冷卻，以解決潛水電機(jī)的散熱問(wèn)題;齒輪箱則利用外部流動(dòng)的水體冷卻。因此，泵站不配備冷卻水系統(tǒng)，泵軸承及齒輪箱采用內(nèi)部油潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑，泵站不配備潤(rùn)滑油系統(tǒng)。

泵站排水系統(tǒng)。在機(jī)組檢修時(shí)，將潛水電泵放入流道中，直接將流道內(nèi)水排至上游。選用150WQ160－15－15型潛水電泵2臺(tái)。泵室滲漏水排至泵站集水坑，由潛水電泵(40WQ10－15－1.5)排至下游。

清污系統(tǒng)。流道進(jìn)口設(shè)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)清污，采用皮帶運(yùn)輸機(jī)將污物轉(zhuǎn)運(yùn)至集料倉(cāng)后車(chē)輛運(yùn)出。

水力測(cè)量系統(tǒng)。用于泵站基底揚(yáng)壓力、泵站上/下游水位測(cè)量、每臺(tái)機(jī)組的攔污柵前后的壓差測(cè)量等。

輔助設(shè)備清單見(jiàn)表3。

表3 灌河北泵站輔機(jī)設(shè)備清單

2.6 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潛水貫流泵配套異步電動(dòng)機(jī)，功率為315 kW，電壓等級(jí)為10kV。因潛水電機(jī)為全封閉結(jié)構(gòu)，配有專(zhuān)用保護(hù)，具備浸水、泄漏、超載、溫度等保護(hù)監(jiān)測(cè)功能。

泵站采用10.0 kV電源直供潛水貫流泵的接線(xiàn)方式，電氣主接線(xiàn)10.0 kV和0.4 kV側(cè)均采用單母線(xiàn)方式，采用高壓進(jìn)線(xiàn)計(jì)量，裝設(shè)高壓電容補(bǔ)償裝置。潛水貫流泵電氣開(kāi)關(guān)柜設(shè)現(xiàn)地、遠(yuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，可在開(kāi)關(guān)柜現(xiàn)地開(kāi)啟泵組，也可由遠(yuǎn)程自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)啟泵組。除潛水電機(jī)自身所配套的保護(hù)監(jiān)測(cè)功能外，配電系統(tǒng)設(shè)有過(guò)電壓、低電壓、過(guò)電流等保護(hù)方式。

3 潛水貫流泵裝置模型試驗(yàn)

根據(jù)灌河北站和善南泵站泵組進(jìn)、出水流道水力計(jì)算研究結(jié)果，委托揚(yáng)州大學(xué)對(duì)江蘇省南水北調(diào)水源公司、江蘇大學(xué)、江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院共同研制開(kāi)發(fā)的貫流泵裝置水力模型JGZM－3進(jìn)行水泵模型試驗(yàn)(如圖6所示)和流道模型試驗(yàn)，還分別進(jìn)行了潛水貫流泵裝置進(jìn)、出水流道模型試驗(yàn)，觀(guān)察流道內(nèi)的流態(tài)、測(cè)量進(jìn)/出水流道的水頭損失;制作與潛水貫流泵裝置相似的透明轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)葉體模型和透明進(jìn)、出水流道模型(如圖7所示)，對(duì)裝置效率、流道內(nèi)的流態(tài)、測(cè)量進(jìn)出水流道的水頭損失進(jìn)行分析研究，灌北泵站潛水貫流泵裝置綜合性能曲線(xiàn)如圖8所示。

圖6 泵組試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

(1)進(jìn)、出水流道水力損失計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較。透明流道試驗(yàn)得到的灌北泵站進(jìn)、出水流道水力損失與流道優(yōu)化水力設(shè)計(jì)計(jì)算所得到的流道水力損失比較見(jiàn)表4。進(jìn)水流道水力損失試驗(yàn)值與計(jì)算值相差0.019 m，計(jì)算值偏小;出水流道水力損失試驗(yàn)值與計(jì)算值很接近，僅相差0.002 m。

表4 進(jìn)、出水流道水力損失計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較

(2)泵站裝置效率計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較。根據(jù)流道模型試驗(yàn)的結(jié)果可以計(jì)算灌北泵站泵站裝置設(shè)計(jì)工況(揚(yáng)程1.56 m，流量0.225 m3/s)時(shí)的流道效率

根據(jù)流道效率和水泵效率推算出灌北泵站設(shè)計(jì)工況時(shí)的泵裝置效率

根據(jù)裝置模型試驗(yàn)的結(jié)果，設(shè)計(jì)工況時(shí)泵站裝置模型的裝置效率為77.7%(如圖8所示)。

4 工廠(chǎng)制作及真機(jī)試驗(yàn)

4.1 工廠(chǎng)研發(fā)制作

在進(jìn)行理論計(jì)算和模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，由生產(chǎn)廠(chǎng)家——合肥三益江海泵業(yè)有限公司即組織進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)，再由江蘇省通榆河北延送水工程建設(shè)管理局組織專(zhuān)家組對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行評(píng)審和優(yōu)化。在安排生產(chǎn)中，合肥三益江海泵業(yè)有限公司按原機(jī)械工業(yè)部關(guān)于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制的規(guī)定，執(zhí)行1+7的生產(chǎn)模式，即:第1臺(tái)產(chǎn)品提前投入試制并在工廠(chǎng)進(jìn)行真機(jī)試驗(yàn)，直至通過(guò)驗(yàn)收;其余7臺(tái)按照并行作業(yè)的管理方式，對(duì)確認(rèn)不會(huì)改動(dòng)的零部件逐步投入生產(chǎn)。這樣，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量又保證了生產(chǎn)工期。

潛水貫流泵機(jī)組葉輪葉片直徑較大，加工精度直接影響泵組的效率，在加工生產(chǎn)中采用精密澆鑄生產(chǎn)葉輪坯件，用五軸聯(lián)動(dòng)設(shè)備仿形加工，保證成品與模型高度相似。

潛水貫流泵泵組聯(lián)接部件結(jié)構(gòu)尺寸較大(法蘭聯(lián)接面外徑3040mm)，為免除結(jié)構(gòu)件變形量安裝偏差，生產(chǎn)中采用分段焊接、高頻振動(dòng)消除應(yīng)力、內(nèi)/外端面一次加工等工藝，從而確保電機(jī)與過(guò)流筒體的同軸度及電機(jī)與連接面的平行度。

潛水貫流泵由于電機(jī)處于水下，電機(jī)外殼保持密封，在運(yùn)行中，電機(jī)線(xiàn)圈及轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量，極易產(chǎn)生轉(zhuǎn)子與定子間不同的溫度伸縮，致使電機(jī)軸承損壞或間隙卡阻。在研制制造過(guò)程中，采用電機(jī)內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷技術(shù)，在電機(jī)外殼增設(shè)通風(fēng)管，利用外部流動(dòng)的水體冷卻，有效解決了潛水電機(jī)的散熱問(wèn)題。

潛水貫流泵在研制制造過(guò)程中，采用行星齒輪減速器太陽(yáng)輪軸向預(yù)加壓機(jī)構(gòu)，有效解決行星齒輪在臥式安裝時(shí)太陽(yáng)輪軸向移動(dòng)的問(wèn)題。

4.2 廠(chǎng)內(nèi)真機(jī)試驗(yàn)

合肥三益江海泵業(yè)有限公司新廠(chǎng)區(qū)建有水工實(shí)驗(yàn)室及水泵綜合試驗(yàn)臺(tái)，用矩形深槽使水流循環(huán)，用格柵、浮柵消除水流的紊流浪涌，以模擬泵的使用工況，測(cè)流堰為2條4.4 m寬的全寬堰，測(cè)流渠道長(zhǎng)度18 m，基本符合GB/T 3214—2007《水泵流量的測(cè)定方法》的規(guī)定。為了真實(shí)反映研發(fā)的潛水貫流泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)，江蘇省通榆河北延送水工程建設(shè)管理局委托揚(yáng)州大學(xué)對(duì)綜合試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行率定，按現(xiàn)場(chǎng)邊界條件進(jìn)行數(shù)模分析計(jì)算。

首臺(tái)機(jī)組制造完成后，放置到水泵綜合試驗(yàn)臺(tái)，安裝固定后放水調(diào)試，開(kāi)機(jī)運(yùn)行，機(jī)組啟動(dòng)順利，運(yùn)行平穩(wěn)。試驗(yàn)起始水溫12℃，運(yùn)行后電機(jī)線(xiàn)圈溫度為55℃左右，溫升僅43℃，行星齒輪及水泵推力軸承溫度僅36℃左右，溫升為24℃?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定噪聲為82 dB，取得試驗(yàn)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

從連續(xù)運(yùn)行情況來(lái)看，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，泵組的揚(yáng)程、流量、效率、溫升等技術(shù)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期要求。真機(jī)試驗(yàn)運(yùn)行后，即進(jìn)行機(jī)組解體檢查，對(duì)過(guò)流部件及泵軸承進(jìn)行檢測(cè)，未出現(xiàn)損壞或磨損現(xiàn)象。據(jù)此，驗(yàn)收專(zhuān)家組認(rèn)為泵組研發(fā)設(shè)計(jì)基本合理，余下7臺(tái)機(jī)組可進(jìn)行批量生產(chǎn)。

5 機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)安裝

泵組加工制作調(diào)試試驗(yàn)完成后，經(jīng)檢查驗(yàn)收合格，交付安裝?？紤]到泵組整體質(zhì)量?jī)H21 t，為方便現(xiàn)場(chǎng)安裝，減少現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試工作量，在工廠(chǎng)內(nèi)調(diào)試完成的泵組將整體運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)，采用載荷600 kN的汽車(chē)式起重機(jī)先將泵組進(jìn)出水預(yù)埋管吊入流道二期砼預(yù)留孔，再將泵組吊至泵坑就位，調(diào)整泵組中心線(xiàn)的水平、高程位置后，將預(yù)埋管與泵組連接，澆灌流道預(yù)埋管及泵組地腳二期砼。砼達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，調(diào)整緊固泵組伸縮節(jié)及各聯(lián)接部位，完成電纜及信號(hào)纜線(xiàn)的連接。

6 機(jī)組試運(yùn)行

根據(jù)SL 317—2004《泵站安裝及驗(yàn)收規(guī)范》中“機(jī)組驗(yàn)收要求單臺(tái)機(jī)組帶負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行24h(含無(wú)故障開(kāi)、停機(jī)3次)或7 d內(nèi)累計(jì)負(fù)載試運(yùn)行時(shí)間48 h，在此期間開(kāi)、停機(jī)不少于3次”的要求，結(jié)合灌北泵站的情況，采用單機(jī)連續(xù)運(yùn)行24 h、全站聯(lián)合運(yùn)行6 h的方式進(jìn)行機(jī)組試運(yùn)行。泵站試運(yùn)行開(kāi)機(jī)順序?yàn)?3，#2，#4，#1，#5，第1次機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)采用手動(dòng)操作，其他均采用計(jì)算機(jī)控制操作。5臺(tái)主機(jī)泵均一次啟動(dòng)(停機(jī))成功，期間各臺(tái)主機(jī)泵3次無(wú)故障開(kāi)、停機(jī)正常。單機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間均超過(guò)24 h，5臺(tái)主機(jī)泵聯(lián)機(jī)試運(yùn)行時(shí)間超過(guò)6 h，均滿(mǎn)足規(guī)范要求。試運(yùn)行時(shí)水位差為－0.20～1.92 m，各臺(tái)主機(jī)泵在設(shè)計(jì)水位差工況下運(yùn)行時(shí)間約12 h，在大于設(shè)計(jì)水位差工況下運(yùn)行時(shí)間約9 h，各臺(tái)主機(jī)泵連續(xù)不停機(jī)運(yùn)行時(shí)間約20 h。5臺(tái)主機(jī)泵上、中、下軸承溫升約運(yùn)行2 h后趨于平穩(wěn)，5臺(tái)主機(jī)泵電機(jī)定子A，B，C三相溫升在運(yùn)行約4 h后趨于平穩(wěn)，最高溫度均低于設(shè)計(jì)報(bào)警值，試運(yùn)行期間主機(jī)泵運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)均符合規(guī)范要求。現(xiàn)場(chǎng)采用聲學(xué)多普勒流速儀進(jìn)行了12次流量測(cè)試，在0.5～1.9 m水位差工況下水泵機(jī)組單機(jī)流量為11.3～13.4 m3/s，均大于設(shè)計(jì)流量10.0 m3/s，流量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6，達(dá)到了按裝置模型試驗(yàn)成果換算的原型機(jī)組揚(yáng)程的流量和裝置效率值。

善南泵站與灌北泵站的機(jī)組形式、葉輪安裝高程、流道、泵站土建布置相同，試運(yùn)行水位基本相同，泵站試運(yùn)行開(kāi)機(jī)順序?yàn)?2，#3，#1，其他操作均相同。機(jī)組試運(yùn)行數(shù)據(jù)與灌北泵站基本相同。

7 潛水貫流泵裝置效率高的原因分析

灌北泵站和善南泵站潛水貫流泵裝置在低揚(yáng)程下具有較高的效率，原因可歸納為以下4個(gè)方面:

(1)水力模型效率高。潛水貫流泵裝置采用了由江蘇省南水北調(diào)水源公司、江蘇大學(xué)、江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司組成的課題組研發(fā)的燈泡式貫流泵裝置JGZM－3水力模型，該模型已經(jīng)泵站裝置模型試驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)模型試驗(yàn)的結(jié)果，其模型泵的效率不低于86%，已達(dá)到目前國(guó)內(nèi)軸流泵水力模型的較高水平。

表5 工廠(chǎng)真機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 流量測(cè)試結(jié)果

(2)進(jìn)、出水流道的水力性能優(yōu)良。水泵的裝置效率決定于流道效率和水泵效率

對(duì)于確定的泵站裝置揚(yáng)程，上式中的流道效率完全決定于流道水力損失

由上式可以看到，泵裝置揚(yáng)程愈低，流道水力損失對(duì)流道效率的影響愈大。灌北泵站和善南泵站的揚(yáng)程較低，設(shè)計(jì)揚(yáng)程只有1.56 m和1.50 m，因此，該站流道水力損失對(duì)泵站裝置效率的影響特別顯著。數(shù)值計(jì)算和模型試驗(yàn)結(jié)果表明，流道水力損失實(shí)測(cè)值僅為0.177m，進(jìn)、出水流道的水力性能優(yōu)良，工廠(chǎng)真機(jī)試驗(yàn)和機(jī)組試運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試均表明泵裝置效率比較高。

(3)泵裝置形式較優(yōu)。潛水貫流泵裝置采用高壓/高速電機(jī)、行星齒輪減速機(jī)構(gòu)、同軸線(xiàn)直聯(lián)，有效減少了燈泡體的體積，使泵裝置的燈泡比減少到0.525，而采用普通電機(jī)的燈泡式貫流泵裝置的燈泡比為0.90～1.05，由于泵組的燈泡體減小，擴(kuò)散角減小，水流形線(xiàn)最順直，流態(tài)更為平順均勻，流道的水力性能可以超過(guò)各種形式泵裝置的水力性能，達(dá)到了較優(yōu)水平。

(4)葉輪直徑取值較大。在設(shè)計(jì)流量一定的條件下，葉輪直徑直接影響泵裝置內(nèi)的流速，研究結(jié)果表明:流道的水力損失與葉輪直徑的4次方成反比。葉輪直徑愈大，流道的水力損失愈小，但投資也愈大;葉輪直徑的確定，需考慮泵站揚(yáng)程、年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、工程投資等等多方面因素，經(jīng)綜合比較后合理確定。

8 結(jié)論

綜上所述，針對(duì)灌北、善南泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程特別低的特點(diǎn)，經(jīng)設(shè)計(jì)分析比較，選用了潛水貫流泵裝置形式，并對(duì)泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。泵裝置模型試驗(yàn)和運(yùn)行測(cè)試結(jié)果證明，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)挖深度小，進(jìn)、出水流道水力性能好，可在較低揚(yáng)程下獲得77%以上的泵裝置效率?？梢?jiàn)采用較優(yōu)的水力模型和結(jié)構(gòu)形式、合適的水泵葉輪直徑以及水力性能優(yōu)良的進(jìn)、出水流道等，使貫流泵在特低揚(yáng)程下泵裝置效率達(dá)到較高的水平。

灌北泵站與善南泵站潛水貫流泵裝置的研制成功，對(duì)趕超當(dāng)今先進(jìn)工業(yè)國(guó)家潛水泵和泵站技術(shù)水平，利用我國(guó)現(xiàn)有重大水利工程項(xiàng)目帶動(dòng)、創(chuàng)新潛水電泵技術(shù)，使國(guó)產(chǎn)潛水電泵有機(jī)會(huì)進(jìn)入跨流域調(diào)水工程具有重要意義。

［1］沙錫林.貫流式水電站［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1999.

［2］陸林廣，陳堅(jiān)，梁金棟，等.燈泡貫流泵裝置的優(yōu)化水力設(shè)計(jì)［J］.水利學(xué)報(bào)，2008，39(3):355 －360.

［3］謝偉東，方桂林，劉建龍，等.灌北、善南泵站潛水貫流泵裝置的水力特性研究［J］.中國(guó)水利，2010(16):13－15.

［4］張仁田.貫流式機(jī)組在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用研究［J］.排灌機(jī)械，2004，22(5):1 －6.

［5］謝偉東.新夏港抽水站水泵裝置設(shè)計(jì)［J］.水泵技術(shù)，1998(1):38－42.

［6］周雨農(nóng).潛水軸流泵的應(yīng)用實(shí)踐［J］.水利科技，2001(2):51－53.

［7］謝偉東，蔣小欣，劉銘峰，等.豎井式貫流泵裝置設(shè)計(jì)［J］.排灌機(jī)械，2005，23(1):10－12.

［8］鄧東升，劉軍，王亦斌.低揚(yáng)程泵裝置選型設(shè)計(jì)一些問(wèn)題的思考［J］.南水北調(diào)與水利科技，2008，6(4):42 －45.

［9］謝偉東，卜舸，魏軍.南水北調(diào)東線(xiàn)第一期工程江蘇段低揚(yáng)程泵站的機(jī)組選型研究［J］.南水北調(diào)與水利科技，2005，3(1):4 －6.

［10］劉寧，汪易森，張綱.南水北調(diào)工程水泵模型同臺(tái)測(cè)試［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

［11］蘭有才，儀修堂，段桂芳，等.南水北調(diào)東線(xiàn)工程水泵機(jī)組選型方法探討［J］.排灌機(jī)械，2004，22(1):1 －7.

［12］邢申杰，沙治銀.貫流泵的特點(diǎn)和56GZ－3.7－GP型貫流泵維修工藝探討［J］.上海水務(wù)，2007，23(4):50－51.

［13］鄭源，肖玉平.大型豎井式貫流泵裝置的數(shù)值模擬與性能預(yù)測(cè)［J］.排灌機(jī)械，2009，27(6):393 －397.