一體化泵閘的設(shè)計及技術(shù)要點分析

李明玉

摘要：早期建立的傳統(tǒng)泵站設(shè)計的防洪排澇能力有限，需改良或新建輸水量更大的泵站以解決此問題。一體化泵閘是一種將泵站和閘站一體化布置的泵閘，現(xiàn)詳細介紹了一體化泵閘中閘體、閘門泵和啟閉機的設(shè)計及技術(shù)要點，為一體化泵閘的推廣應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞：一體化泵閘;閘體;閘門泵;啟閉機

0 引言

近年來，在持續(xù)較長時間的暴雨天氣后，各大城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)河水位以及部分低洼地區(qū)的河道水位明顯上升，對于城市的防洪排澇能力是一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。早期建立的傳統(tǒng)泵站由于設(shè)計的防洪排澇能力有限，并不能滿足極端天氣條件下的防洪排澇需求。因此，需要改良或新建輸水量更大的泵站。傳統(tǒng)的排水泵站采用分體式設(shè)計，即閘門和泵站分別布置，通常在河道橫截面方向的中間設(shè)置閘門，在閘門兩邊設(shè)置水泵。在需要排澇時關(guān)閉閘門，水泵排水;不需要排澇時打開閘門，關(guān)閉水泵，保持內(nèi)外河道水系的通暢。但傳統(tǒng)泵站通常閘門橫斷面較小，且兩側(cè)泵室無法過水，導(dǎo)致不需要排澇時內(nèi)外河道水體交換能力明顯降低。同時，傳統(tǒng)泵閘還具有占地空間大、建設(shè)周期長、所需投資大等缺點。

一體化泵閘是一種將泵站和閘站一體化布置的閘站，閘門既是擋水結(jié)構(gòu)，又是水泵支承的基礎(chǔ)。水泵布置在閘門上，不建立固定的泵室，相比傳統(tǒng)泵站具有占用空間小、施工周期短、可整體搬運以及可實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點。下面詳細介紹一體化泵閘的設(shè)計及技術(shù)要點。

1 一體化泵閘簡介

一體化泵閘通常由閘體、閘門泵、啟閉機、液壓系統(tǒng)、除污系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、控制中心以及監(jiān)控云平臺等組成，其中閘體、閘門泵和啟閉機是最主要的組成部分。設(shè)備的安裝、使用環(huán)境如下：（1）濕度0%～100%;（2）介質(zhì)溫度0～50 ℃;（3）介質(zhì)密度≤1 200 kg/m3;（4）介質(zhì)pH值4～10;（5）介質(zhì)海拔高度<1 km;（6）設(shè)備安裝運行地點應(yīng)無爆炸粉塵或?qū)щ姴牧?，無破壞絕緣的蒸汽或氣體以及腐蝕性金屬。

2 一體化泵閘的設(shè)計及技術(shù)要點

一體化泵閘的主要組成部分是閘體、閘門泵和啟閉機，下面分別介紹三者的設(shè)計及技術(shù)要點。

2.1? ? 閘體的設(shè)計及技術(shù)要點

2.1.1? ? 閘體的原材料及部件要求

首先，用于制造閘體的原材料及部件必須符合相應(yīng)的國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且有質(zhì)量保證書。其次，對于標(biāo)號不清的材料及部件，在使用前需要進行復(fù)驗，合格后才能裝配。最后，所有鋼板剪沖件不能有起皺、裂紋等缺陷，且需保證均已去除毛刺和尖棱。

2.1.2? ? 閘體的焊接要求

在進行閘體焊接時，需要先根據(jù)實際需求及相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定合適的焊接工藝。所有焊接件在進行焊接前需去除表面的油污、割渣以及氧化皮等，焊縫應(yīng)美觀、均勻，不得有明顯缺陷。對接焊縫的加強高度應(yīng)小于3 mm，焊縫坡口以及焊前進行的焊接工藝評定應(yīng)符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在焊接中根據(jù)其重要性不同，可以將焊縫分成三類，即一類焊縫、二類焊縫和三類焊縫，其中一類焊縫最為重要，主要包括閘體的主梁、邊梁、臂柱、翼緣板、吊桿和吊耳等對接焊縫，二類焊縫包括閘體面板、攔污柵的主梁、邊梁的對接焊縫等，三類焊縫是除一類和二類焊縫外的其他焊縫。

2.1.3? ? 閘體門體的要求

閘體吊耳距門葉中心線的正負偏差應(yīng)控制在1.5 mm內(nèi)，吊耳孔的閘體高度、厚度方向中心線與基準(zhǔn)面的正負偏差應(yīng)在2 mm以內(nèi)。吊耳和吊桿的軸孔傾斜度應(yīng)<1/1 000。平面閘體的滑道或滾輪支撐在組裝時，應(yīng)該以止水座面作為基準(zhǔn)面進行調(diào)整，組裝偏差應(yīng)符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.1.4? ? 防腐要求

在進行防腐預(yù)處理前，應(yīng)先將閘體表面清理干凈，表面預(yù)處理等級應(yīng)符合國標(biāo)要求的Sa21/2級，采用照片目視對照法進行評判。經(jīng)過除銹處理后，閘體表面的粗糙度應(yīng)小于涂層厚度的1/3，通常在40～100 μm，一般來說，常規(guī)防腐需求值在40～70 μm即能滿足，而對于高防腐需求則應(yīng)選擇60～100 μm。用于涂裝的涂料應(yīng)符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計需求，閘體及埋件在出廠前需要涂底漆、中間漆和面漆，在安裝完成后還需要再涂一層面漆。涂裝完成后，對涂層外觀進行檢查，確保表面均勻，且無明顯裂紋、氣泡和針孔等缺陷。最后根據(jù)設(shè)計要求檢驗漆膜的附著力。

2.1.5? ? 閘體止水要求

橡膠水封安裝后，兩側(cè)止水中心距離和頂止水至止水底緣距離的允許偏差為3 mm，止水表面的平面度為2 mm。兩邊梁中心距離偏差應(yīng)控制在±3 mm。在同一橫斷面上，滾輪或主支承滑道的工作面與止水座面的距離正負偏差應(yīng)控制在1.5 mm內(nèi)，反向支承滾輪或滑塊的工作面與止水座面的正負偏差應(yīng)控制在2 mm內(nèi)。

2.1.6? ? 埋件要求

閘體的主支承行走裝置或反向支承裝置組裝時，應(yīng)以止水座面為基準(zhǔn)面進行調(diào)整。所有滾輪或支承滑道都應(yīng)在同一水平面內(nèi)，其平面度允許公差：當(dāng)滑道或滾輪的跨度≤10 m時，允許公差應(yīng)≤2 mm;若跨度>10 m時，允許公差應(yīng)≤3 mm。每段滑道至少在兩端各測一點，同時滾輪對任何平面的傾斜應(yīng)不超過輪徑的2/1 000?；乐С信c止水座基準(zhǔn)面的平行度允許公差：當(dāng)滑道長度≤500 mm時，允許公差應(yīng)≤0.5 mm;當(dāng)滑道長度>500 mm時，允許公差應(yīng)<1 mm，相鄰滑道銜接端的高低差應(yīng)<1 mm。最后滾輪、液壓支承跨度的允許正負偏差應(yīng)<2 mm。

2.2? ? 閘門泵的技術(shù)要點

2.2.1? ? 濕定子閘門泵的技術(shù)參數(shù)

揚程范圍：0.5～12 m;流量范圍：640～36 000 m3/h;出口直徑：350～1 400 mm;電機功率：7.5～630 kW;電壓規(guī)格：380 V、660 V、6 kV、10 kV;介質(zhì)條件：pH值5～9，水質(zhì)為清水或輕度污水，允許通過顆粒等效直徑≤1/10出口口徑，不能有大量纖維雜物。

2.2.2? ? 濕定子閘門泵的設(shè)計性能

設(shè)計點流量：640～21 350 m3/h;設(shè)計點揚程：1.18～9.1 m;功率：7.5～630 kW;轉(zhuǎn)速：295～1 450 r/h;泵效率：78.4%～87.3%。

2.2.3? ? 閘門泵的密封

閘門泵的密封至關(guān)重要，因此需選用可靠的密封材料，防止輸送介質(zhì)進入泵的軸承腔體，進而影響泵的正常運行。通常閘門泵在規(guī)定的使用條件下可至少連續(xù)運行4 000 h。

2.2.4? ? 干定子閘門泵

干定子閘門泵的結(jié)構(gòu)外形應(yīng)符合《貫流泵》（JB/T 10811—2007）中的相關(guān)要求，其性能參數(shù)應(yīng)符合《潛水軸流泵》（CJ/T 518—2017）中的相關(guān)要求。

2.3? ? 啟閉機的技術(shù)要點

一體化閘泵中通常用到的是液壓式啟閉機。液壓式啟閉機是一種新型的啟閉機械，它是以液壓缸為主體，油泵、油箱、濾油器、粗動機、液壓控制閥的總成。其工作原理是以電機作為動力源，由電機帶動雙向油泵輸出壓力油，再通過油路集成塊等原件驅(qū)動活塞桿來控制閘門的啟閉。液壓啟閉機的技術(shù)參數(shù)：（1）啟動力：2×60～2×3 200 kN;（2）柱塞桿徑：80～500 mm;（3）啟門行程：2～16 m;（4）工作壓力：11.9～16.3 MPa。

3 結(jié)語

一體化泵閘雖然輸水量不大，但其相比傳統(tǒng)泵閘具有占用空間小、施工周期短、可整體搬運以及可實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點，已成為傳統(tǒng)中小型泵站的理想替代品。對于輸水量較大的工程，單一的一體化泵閘并不能滿足需求，可通過組合式設(shè)計將多個一體化泵閘進行組合，從而滿足較大輸水量的需求。

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