小型双向立式轴流泵在闸站中的应用

徐 量

（淮安市水利勘测设计研究院有限公司南京分公司，江苏 南京 210008）

0 前言

沿江滨湖地区，泵站扬程低，其中许多泵站往往需要双向抽水功能[1]，如果能实现单台水泵双向运行，可大大减少土建及设备投资。对于双向运行泵站，目前国内主要有三种形式来实现单台水泵机组的双向运行。分别是采用“X”形流道布置的立式轴流泵机组、采用“S”形叶片潜水贯流泵机组、采用可旋转掉头的潜水贯流泵机组。其中“S”形叶片潜水贯流泵机组的效率比同样比转速、叶轮直径的普通贯流泵效率低、流量小[2]；可旋转掉头的潜水贯流泵机组需进行频繁转向，操作不便，且这两种双向泵站均是贯流泵，流道与水泵机组在一条直线上，不能实现自引、自排功能。

“X”形流道布置的立式轴流泵机组运行操作方便、快捷，通过自动化系统或人工操作可实现两工况下对应的工作闸门启闭，水泵电机的启动不分工况，只需将水抽至上层抽水流道，通过闸门启闭来实现不同的功能需求。该机组型式在泵站正反向运行时水泵均可高效运行，特别正反向抽水变化较频繁的场合。

1 工程概况

工程位于江苏省常州市西太湖科技产业园区，站址位于长汀浜与新武宜河大桥交汇处，地形基本平稳。水泵设计抽排流量为3 m3/s，抽引流量为1.5 m3/s，涵闸引排流量为16.8 m3/s，属于小型泵站，等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4 级。

闸站功能：（1）汛期外河高水位时排涝；（2）内河换水。内河常水位为4.50 m，换水时首先通过水泵或闸门将内河水位降至3.00 m，再通过控制闸、阀及水泵将外河侧水引入内河。当外河水位高于内河常水位时，先打开水泵，将内河水抽排到外河，当水位降至3.00 m 时，直接开闸引水；当外河水位低于内河常水位时，先开闸放水，当水位降至3.00 m 时，再通过泵引水至常水位。

闸站运行水位见表1。

根据水泵的特征运行水位，计算水泵特征扬程，见表2。

表1 泵站运行工况及水位 单位：m

表2 水泵特征扬程表 单位：m

根据泵站排涝工况及引水工况扬程运行范围，选用轴流泵型[3～4]。由表2 可知，排涝工况与引水工况的特征扬程相差不大，最大不超过0.2 m，因此一泵两用是能够满足的，选定700ZLB-160 立式轴流泵为本工程的水泵型号，安装角度为0°，电机功率75 kW。

闸站共设两台水泵机组及一套排涝闸门，具有抽排、抽引、自引、自排功能。一台为双向水泵（1#机组），一台为单向水泵（2#机组），水泵型号为700ZLB-160 立式轴流泵（0°），总装机功率为150 kW，进水池底高程为0.30 m，进水流道宽度为2.5 m。

2 建设方案

泵站流量较小但功能较多，有自排、自引、抽排、抽引4 种工况，如按常规布置需设置1 台引水泵站，2 台排水泵站，同时需另设一孔水闸，如此，必然会增加占地和投资。

本次采用的双向泵站的布置，仅需设置2 台水泵，其中一台为抽引功能，另一台为抽引、抽排并兼有自排、自引功能，双向功能是通过“X”形流道来实现的。

双向泵站主要由流道、水泵安装层、电机层、泵房组成，为实现双向运行的功能，流道层上下游贯通，并通过闸门控制进水方向，闸门采用螺杆启闭机启闭，水泵由传统单向出水管改为双向出水管，出水水流流向通过出水管上设置的阀件控制，并在两侧出水管出口设置拍门，以避免水泵停机时出水池水倒灌。泵站主泵房剖面见图1。

图1 双向立式轴流泵结构剖面图

泵站的运行调度由阀1、阀2、闸门1、闸门2 来控制。①泵站自排、自引工况：打开闸门1、闸门2，关闭阀1、阀2，通过水泵流道引、排水。②泵站抽排工况：当内河侧水位低于外河侧水位时，打开闸门1 及阀2，关闭闸门2 及阀1，启动水泵抽排，水流从内河侧进水流道流经水泵，再从外河侧出水管排入外河。③泵站抽引工况：当内河侧水位高于外河侧水位时，打开闸门2 及阀1，关闭闸门2 及阀2，启动水泵抽引，水流从外河侧进水流道流经水泵，再从内河侧出水管引入内河。

3 关于设计的几点思考

泵站建成并投入运行之后，运行效果良好，并未出现任何不良事故，但是针对泵站的设计，仍觉得尚有几点可进行优化。

（1）可改干室型泵站为湿室型泵站

本工程中泵室采用的是干室，干室泵站的好处在于方便检修和设备保养，但是其主要缺点是泵站使用一定年限之后，可能会出现渗水、漏水等现象：①泵室穿墙管处常年受室内外水压差的影响，可能会出现渗水现象；②阀件接口部位由于橡胶老化，可能会出现漏水现象；因此需要通过化学灌浆、更换阀件等措施来对泵室进行维修保养。

如果电机层高于最高洪水位，为了便于管理，可以考虑将干室泵房改为湿室泵房，湿室泵可免去泵房排水的麻烦，优化泵房结构，节省造价。湿室双向轴流泵水泵泵座只用两个大梁支撑，取消泵室导流顶板，阀件采用长柄阀操作，结构见图2。

图2 湿室双向立式轴流泵方案剖面图

但是该结构由于出水管、阀件、传动轴等设备均常年淹没在水中，会发生腐蚀并增加故障率，因此耐久性及可靠性得不到保证，一旦故障，需将泵室内的水抽排掉才能检修，所以该方案也有其不利的地方，因此具体选用哪种结构型式可根据运行管理单位的要求而定。

（2）控制闸门的单吊点启闭机更改为双吊点启闭机。

本工程由于闸门净宽较小，只有2.5 m，因此设计时采用的是单吊点螺杆启闭机，泵站试运行时，发现螺杆正对水泵出水口，排水时受水流冲击，虽然运行几年下来未出现任何问题，但是存在一定的隐患，如有大型杂物挂在螺杆上，可能会造成螺杆弯折甚至折断，影响闸门启闭及水泵的运行，因此可优化为双吊点启闭机，螺杆避开主流，减少事故发生的几率。

（3）自动化控制系统的必要性。

本工程由于控制设备较多，有闸门、阀门、水泵，每个设备启动都要求一定的顺序，一旦出错必然会影响水泵运行，例如，在试运行阶段，由于施工单位在未打开上、下游闸门的情况下启动水泵，水泵运行约3 s 就事故停机，虽然正式运行时有操作规程，但是无疑增加了运行管理难度，因此如有富余资金，还是建议增加必要的自动化控制系统的，减少水泵运行事故，保证运行安全。

4 结语

本文以长汀浜闸站为例，介绍了利用设置双向出水管形成“X”型流道，通过改变水泵进、出水方向，从而实现双向出流的目的。同时，水泵的进水流道了用作涵闸的过流通道，实现“一机四用”的功能。工程自2018 年10 月完工验收至今，运行良好，对类似功能泵站的设计可以起到很好的借鉴作用。

1）双向轴流泵不管是正向还是反向，都是用的同一台同一个型号水泵，因此正向、反向的流量、扬程需相差不大，否则必有一个工况运行效率大大降低，此时需要与其他方案进行经济比选后方可实施。

2）通过出水管道阀门、拍门控制的双向水泵只适用于流量较小的泵站，当单泵流量大于3.0 m3/s 时，为了保证装置效率，此布置并不适用，建议将管道改成流道并通过闸门控制。

3）如水泵电机层高程高于最高水位，可以考虑采用湿室泵站型式，这样可减少泵室内部排水的麻烦，运行管理起来更加便捷。

4）自动控制化系统是必要的，特别对于操作步骤繁多的工程，自动化可有效避免人为操作的失误，减少水泵运行事故，保证运行安全。