一种全方位安装的新型水陆两栖式提水装备

□陈立 蒋辉霞 刘波 何清燕 陈爽/四川省农业机械研究设计院

1 概述

水陆两栖式提水装备通过对传统技术的集成创新，既具备地面泵的较高工作效率及较便利的安装形式，又具备潜水泵可以在水下工作的优点，实现了两栖作业，有效地解决了提水装备安装受水位变幅影响的问题，可在江、河、水库等取水工况复杂的地方建站。

水陆两栖式提水装备自第一代样机研制成功以来，主要采用立式安装及运行形式，本文介绍的新装备则具备0 °～180 °全方位安装的优点，进一步适用于各种复杂环境下的现场安装。

表1 各设备技术水平对比表

2 技术水平

传统提水装备主要有地面泵和潜水泵。目前所用的地面泵不能在水中运行；而潜水泵可以在水中运行，不能在陆地工作。本文介绍的水陆两栖式提水装备是对传统机组结构进行改进，对密封、冷却等环节重新设计而成的一种新型水泵，具备陆地、水下两栖作业能力，同时具备0 °～180 °全方位安装的优点。相关技术水平对比见表1。

3 新装备关键技术环节

3.1 水陆两栖式提水技术

水陆两栖式提水技术与装备通过对水泵的结构、电机的密封与冷却重新优化设计，使其不仅能在干燥的地面上工作，而且能在潮湿的环境中甚至水下正常运行，具备陆地、水下两栖运行的功能，同时解决了传统地面离心泵受客观条件局限和传统潜水泵机组安装检修不便两大难题，集两者的优势为一体，使农业灌溉提水装备的技术得到了重大的突破和创新。

3.2 水陆两栖式提水装备运维技术

水陆两栖式提水技术及装备在电机配套上进行了创新，将地面泵电机的风冷结构改为水冷结构，抛开了干式电机的约束，解决了地面安装水泵水下运行的难题，并通过采用新型滚珠轴承式电机代替传统推力盘式潜水电机，大大降低了电机由于淤积而烧毁的概率。

3.3 水陆两栖式提水装备冷却技术

水陆两栖式提水技术及装备在结构上创新使用了上行环流热交换腔，通过泵运行产生的水流为电机提供冷却媒介，从而保证了潜水电机在地面以上运行时有足够的冷却水，不会因为温度过高而被烧毁，有效解决了潜水电机在水面上运行的问题。

3.4 提升水陆两栖式提水装备效率，降低能耗

通过完成水陆两栖式提水装备的中试，提升其装备效率，将原有潜水电机能效等级IE2提升至IE3，将原有提水装备效率60%提升至不低于68%。

3.5 水陆两栖式提水装备0 °～180 °方位安装技术

通过研究受力形式，采用新的受力部件，完成水陆两栖式提水装备的中试，实现水陆两栖式提水装备0 °～180 °方位安装。

4 新装备主要技术指标

主要技术指标见表2。

表1 新装备主要技术指标表

5 存在的问题及解决方案

5.1 存在的问题

1） 项目产品继承传统单级单吸或单级双吸离心泵的流道特征和叶轮水力模型，该水力模型稳定可靠，但技术水平定型于20世纪七八十年代，有待进一步优化。

2） 项目产品是由高效潜水电机提供动力输出的装备，在通过上行环流热交换腔对电机进行冷却的过程中，需使用自身抽送的水体作为冷却媒介，存在一定的容积损失，有待于进一步优化。

3） 项目产品在推广及初始产业化的过程中，由于对新产品生产工艺、生产技术及推广销售等方面经验不足，导致目前产品成本较高，有待进一步优化。

5.2 解决方案

1） 对泵体、流道、叶轮等重要部件采用高强度、高硬度、耐腐蚀的不锈钢铸造，可有效降低流道磨阻率，提高叶轮工作效率，降低泵体对抽送水体的水质要求；在保证稳定可靠运行的情况下实现水泵工作效率提升3%。

2） 将现设计的潜水电机能效等级从IE3提升至IE4，通过进一步降低能耗提升动力输出效率的方式，促进整机效率提升。

3） 广泛积累经验，熟化生产工艺及生产技术，全面提高产品推广销售管理能力；待形成成熟的产业化体系后，可降低项目产品成本8%～10%。

综上，项目执行后，通过后续资金的投入、技术的熟化及经验的积累，目前项目中存在的各方面问题均可得到有效解决。

6 结论

提灌站是解决丘陵地区农业生产用水的重要基础设施，据统计，四川各类型的农业提灌站工程，每年为四川粮食的稳产丰收立下了汗马功劳。目前，四川有农村机电提水装备57 万台（套）、总动力440万kW，年提水量超过50亿m3，灌溉面积约400万hm2。机电提灌在保证四川农业生产用水中发挥着不可替代的作用，提灌站是解决丘陵地区农业用水的重要基础设施，而提灌站安装的提水装备则是其核心。然而，四川省内半数提灌站是在20世纪八九十年代建成，其安装的提水装备由于受当时技术条件的局限，不具备水陆两栖作业能力；而在水位变幅较大地区，为避免汛期洪水淹没，需要将提水装备反复拆装搬运，这使其故障率大大增加。新型水陆两栖式提水装备具备陆地、水下两栖作业能力，同时具备0 °～180 °全方位安装的优点，能进一步适用于各种复杂环境下的现场安装。该装备推广进而完成产业化后，预期将逐步替代现有提灌站20%的提水装备，为水位变幅较大地区有效解决了取水用水难题，节能省工，为乡村振兴战略中产业兴旺提供了技术保障。