大中型潜水泵站设计选型与应用

袁龙刚　吕建新（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司　广东　中山　528403）

大中型潜水泵站设计选型与应用

袁龙刚吕建新
（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司广东中山528403）

本文介绍了全贯流潜水电泵及带行星齿轮潜水电泵的工作原理及特点，并通过具体的工程实例，结合水泵不同的安装方式，介绍了大中型潜水泵站的设计选型与实际应用，对类似工程的设计提供借鉴。

全贯流潜水电泵；带行星齿轮潜水电泵；双向抽水泵站

1　前言

潜水泵是水泵和电动机联成一体并潜入水下工作的泵装置。潜水泵站是安装潜水泵作为主要抽水设备的泵站。潜水泵的安装方式可分为贯流式、井筒式、浮船（箱）式、斜拉式等。取水口位置水位变幅大的；建设移动机组式泵站的；不宜修建地面泵房，需要保持地面风貌的；要求降低噪声影响的；需应急取排水的，符合以上条件的，可建设潜水泵站。本文介绍全贯流潜水电泵及带行星齿轮潜水电泵的设计选型与应用。

2　全贯流潜水泵站介绍

2.1全贯流潜水电泵工作原理介绍

全贯流潜水电泵又称电机泵，是将水泵叶轮安装在电机的转子内腔，与转子形成一个整体，转子相当于水泵的叶轮外壳，使电机的无效部分变成工作部分，工作时水流从转子内腔流过。

2.2全贯流潜水电泵的特点

装置保持了潜水电泵投资省、结构紧凑、安装方便、噪声低、散热好等优点。由于水流直进直出，因而全贯流潜水电泵具有水力性能好，流道顺畅，装置效率高等特点。

2.3全贯流潜水泵在石特涌泵站中的应用

2.3.1工程概况

石特涌泵站新建工程位于中山市西区石特涌口，为内河排涝泵站，是集防洪、排涝、改善水环境等多功能为一体的中型水利工程。工程主要任务为新建泵站一座及水闸一座。

为充分解决排涝和水环境问题，石特涌泵站必须具备双向抽水功能。经水文计算，泵站的设计流量为12.78m3/s（排涝设计流量，引水流量与其相同），排涝和引水工况设计扬程为 1.70m，最高扬程为2.20m。根据《泵站设计规范》，泵站工程规模为中型。

2.3.2泵站设计方案比较

本泵站具有排涝和引水要求，满足使用要求的设计方案主要有：潜水贯流泵方案、X型流道立式轴流泵方案和节制闸与泵站联合调度方案。

由于节制闸和泵站联合调度方案，建筑物较多，管理运行不便，且受工程场址狭窄制约，不具备实施条件；X型流道立式轴流泵方案采用双向进出水，进出水流道结构复杂，需要开挖的深度过大，泵站进出水流道均需设置较多闸门和机电设备，运行维护成本较高，且排涝和引水工况流道效率较低，经济性较差。另外，该泵站设计扬程较低，如采用传统的立式轴流泵方案水泵选型比较困难。潜水贯流泵方案进出水建筑物简单，且机组为卧式安装，水泵所需要的淹没深度较小，泵房开挖深度相对较小，运行操作和维护方便，经济性较好。因此，本工程选定潜水贯流泵方案。最终选用3台1000GQWZ-135全贯流潜水电泵，水泵叶片安装角度-1°，单机设计流量4.26m3/s，单机配套功率155kW（380V）。

图1　泵站纵剖面图

2.3.3泵站的主要建筑物设计

泵站由内河连接段、前池、泵房、出水池、外河连接段等主要建筑物构成。由于泵站建筑物结形式尺寸较小，且全贯流泵站泵房结够比较简单，将前池、泵房、出水池合建。泵站纵剖面图详见图1。

2.3.4泵站水泵的特点

由于水泵要求双向抽水，因此水泵采用自动耦合装置安装，泵坑采用双面池壁，双面池壁均设置耦合挂钩，水泵与水泵流道预埋件之间预留间隙，反向引水时，利用在泵房设置的10t移动式电动葫芦将水泵机组起吊调头，反向安装，实现双向抽水功能。检修机组时将水泵直接吊出泵坑，在主厂房内进行检修。

3　带行星齿轮潜水泵站介绍

3.1带行星齿轮潜水电泵工作原理介绍

带行星齿轮潜水电泵是将潜水电动机技术、密封技术、行星齿轮箱技术、传感监控技术组合在一起而产生的整装式新型机泵一体化产品，驱动水泵的电动机采用干式全封闭潜水三相异步电动机，采用行星齿轮将电机的高转速降低到水泵需要的低转速。带行星齿轮潜水电泵可分为立式安装（带行星齿轮潜水轴流电泵）和卧式安装（带行星齿轮潜水贯流电泵）。

3.2带行星齿轮潜水电泵的特点

装置保持了潜水电泵投资省、结构紧凑、安装方便、噪声低、散热好等优点。水泵与电机构成一体，无需在安装现场进行耗工、耗时的电机-传动装置-水泵轴线对中的装配工序，现场安装方便、快速。高速电机直径小，有利于选择合理的灯泡比，而且大幅提高力能指标、减少金属的消耗量，减小水泵造价。

3.3带行星齿轮潜水轴流电泵在梅州黄塘排涝泵站中的应用

3.3.1工程概况

梅州大堤北堤防洪排涝工程位于梅州市城区北西部，离梅江一级支流程江河出口约1.3km的黄塘河出口处，工程建设内容为新建一座泵站（黄塘排涝泵站）、一座水闸和新建程江河防洪堤后挡墙1.163km，工程的主要功能为排涝、防洪及改善水环境。

经水文计算，泵站的设计流量为115m3/s，设计扬程为3.57m，最高扬程为5.80m。根据《泵站设计规范》，泵站工程规模为大（2）型。

3.3.2泵站设计方案比较

黄塘排涝泵站为低扬程大流量泵站，满足使用要求的设计方案主要有：立式轴流泵方案、带行星齿轮潜水电泵方案和灯泡式贯流泵方案。

由于单机流量大，叶轮直径大，水泵转速低，电机极数增加，灯泡式贯流泵难以选择合理的灯泡比，同时电机极数增加，机组投资增大。立式轴流泵，泵房底板开挖深度较深，泵房结构复杂（多层泵房），对机组安装精度和轴承的供油、供水技术要求高，且检修麻烦。带行星齿轮潜水电泵为机泵一体化产品，不再需要配置的油、水、气系统，管理将更为方便，同时也省去了这部份的投资和维护费用。经行星齿轮减速箱减速，电机的高转速可降低到水泵需要的转速，高速电机直径小，有利于选择合理的灯泡比，而且大幅提高力能指标、减少金属的消耗量，减小水泵造价。最终选用8台1800ZDBX-130型带行星齿轮潜水轴流电泵，水泵叶片安装角度+2°，单机设计流量14.1m3/s，单机配套功率800kW（10kV）。

3.3.3泵站的主要建筑物设计

泵站为堤身式泵站，泵站由内河连接段、前池、泵房、出水池、外河连接段等主要建筑物构成。泵房楼板面层兼做堤顶道路，进水流道、出水流道、泵房为一整体。泵站纵剖面图详见图2。

3.3.4泵站水泵的特点

水泵为机泵一体化产品，采用高速异步电机，行星齿轮减速，采用井筒式安装，水泵安装检修时，可将水泵顶部压盖打开，用汽车吊直接从井筒中吊出检修。

图2　泵站纵剖面图

图3　泵站纵剖面图

3.4带行星齿轮潜水贯流电泵在白石涌泵站中的应用

3.4.1工程概况

中山市白石涌泵站工程位于中山市石岐区白石涌与石岐河会合处，是一座以排涝为主的大型排水工程，主要建设内容为新建外排泵站、水闸及交通桥。新建白石涌泵站的主要任务为电排白石涌集水面积的涝水。

经水文计算，泵站的设计流量为135m3/s，设计扬程为2.00m，最高扬程为3.10m。根据《泵站设计规范》，泵站工程规模为大（2）型。

3.4.2泵站设计方案

白石涌泵站为低扬程大流量泵站，通过立式轴流泵方案、带行星齿轮潜水电泵方案和灯泡式贯流泵方案比选，同时为了减小泵房底板开挖深度，水泵采用卧式安装方式，最终选用6台2600QG-24.5-2.00带行星齿轮潜水贯流电泵，水泵叶片安装角度0°，单机设计流量 25m3/s，单机配套功率1000kW（10kV）。

3.4.3泵站的主要建筑物设计

泵站为堤身式泵站，泵站由内河连接段、前池、泵房、出水池、外河连接段等主要建筑物构成。进水流道、出水流道、泵房为一整体。泵站纵剖面图详见图3。

图4　泵站纵剖面图

3.4.4泵站水泵的特点

水泵为机泵一体化产品，采用高速异步电机，行星齿轮减速，采用湿式安装，水泵与流道预埋件之间预留100mm间隙，泵坑采用双面池壁，双面池壁均设置水泵导向轨道，水泵安装检修时候可采用汽车吊直接将水泵沿导向轨道吊出泵坑。水泵支承采用滚轮，滚轮支承在预埋轨道上，水泵运行时在水推力的作用下，可沿顺水流方向向进水流道方向移动，使水泵进水喇叭口与进水流道预埋件直接挤紧。

3.5带行星齿轮潜水贯流电泵在永宁排涝泵站中的应用

3.5.1工程概况

小榄镇永宁泵站、水闸工程位于广东省中山市小榄镇永宁村境内，为内河排涝泵站，外临凫洲河，是集防洪、排涝等多功能为一体的中型水利工程。

经水文计算，泵站的设计流量为20m3/s，设计扬程为2.00m，最高扬程为3.00m。根据《泵站设计规范》，泵站工程规模为中型。

3.5.2泵站设计方案

永宁泵站设计方案基本与白石涌泵站相同，选用2台1600GZBW-100-500kW带行星齿轮潜水贯流电泵，水泵叶片安装角度0°，单机设计流量10m3/s，单机配套功率500kW（10kV）。

3.5.3泵站的主要建筑物设计

泵站为堤身式泵站，泵站结构基本与白石涌泵站相同。泵站纵剖面图详见图4。

4　工程运行效果

石特涌泵站竣工验收后已运行了3年，黄塘排涝泵站完工验收后已运行了5年，白石涌泵站已试运行了2年，永宁排涝泵站竣工验收后已运行了5年，以上泵站在运行期间排涝流量和扬程满足设计要求，水泵运行平稳，得到了建设单位的好评。

5　存在不足及改进建议

全贯流潜水电泵及带行星齿轮潜水电泵的不足之处在于水泵机组为新型机电一体化产品，机组生产厂家远在天津市、安徽省合肥市等，生产厂家在广东省暂时还没有设立维修点，水泵机组大修需要返厂，大修时运输成本较大，随着此种新型机电一体化产品在广东省的大力推广，广东省境内选用此种机型的泵站逐步增多，建议机组生产厂家在广东省设立维修点，方便用户大修，降低大修成本。

6　结语

经专利检索和科技查新，带行星齿轮的大型潜水电泵及全贯流潜水电泵技术是我国独有的，具有自主知识产权和专利技术的产品。

通过本项目研究，潜水电泵大型化及其运行可靠性、稳定性等进一步提高，安装、拆卸更加方便，使潜水泵站具有占地小、工程投资省、建设工期短等特点更一步显现。推广应用前景广泛：

（1）目前，我国现有大型排涝及灌排结合的泵站327处，2349座，装机14196台，装机功率291.89万kW，约50%泵站均可采用潜水泵站替代。

（2）随着经济社会发展和城镇化建设的推进，城镇防洪排涝显得越来越重要，各地将建设一大批排涝泵站。而潜水泵站具有的特点，特别适合于城镇排涝泵站的建设，必将成为城镇防洪排涝工程建设中泵站选用的主流和趋势。陕西水利

［1］《潜水泵站技术规范》（SL584-2012）［S］.中国水利水电出版社

［2］陈德亮.《取水输水建筑物丛书—泵站》［M］.中国水利水电出版社

［3］徐辉.《贯流式泵站》［M］.中国水利水电出版社

［4］栾鸿儒.《水泵及水泵站》［M］.中国水利水电出版社

［5］古智生.《全潜水灌流泵的开发与应用》［J］.水利水电技术.2010.12

［6］《全贯流潜水电泵》［P］样本.天津甘泉集团有限公司

［7］《带行星齿轮潜水电泵》［P］样本.合肥三益江海泵业有限公司

［8］《石特涌泵站设计资料》［R］、《梅州大堤北堤防洪排涝工程设计资料》［R］、《中山市白石涌外排泵站设计资料》［R］、《小榄镇永宁泵站、水闸工程设计资料》［R］.中山市水利水电勘测设计咨询有限公司

（责任编辑：畅妮）

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