新泉寺泵站水泵選型及安裝的相關問題研究

李海龍，付 鵬

（岳陽市水利水電勘測設計院，湖南 岳陽 414300）

1 工程概況

新泉寺泵站地處岳陽市湘陰縣新泉寺鎮，工程所在位置外河為湘水西支，垸內通過鏡明河與爛泥湖相通。泵站負責排除東爛泥湖、鏡明河的洪水及湘陰縣的湘資垸、嶺北垸、沙田垸和湖南省益陽市赫山區的四合垸、紅洲垸等5 個垸子的部分洪水，排澇面積共計105.15 km2，保護總人口16.86 萬人，保護耕地面積13.26 萬畝。爛泥湖流域歷年洪澇災害頻發，20 世紀90 年代以來，爛泥湖流域治理初步建設成了由堤防、泵站等工程措施和非工程措施組成的綜合防洪減災體系，防洪能力有了顯著提高，但防洪問題依然無法根除，防洪壓力巨大。

鑒于以上情況，經過現場調查與詳細計算，確定在鏡明河入湘江口緊貼原新泉寺水閘上游處（湘資垸與嶺北垸防洪大堤交匯處）新建1 座流量為45.56 m3/s 的河床式排澇泵站，緩解區域內防洪壓力。

2 工程設計

2.1 水泵選型

2.1.1 水泵選型原則

1）水泵選型應滿足泵站設計流量、設計揚程及不同時期排水的要求。

2）盡量選擇額定揚程與設計揚程相符的水泵，以保證在平均揚程時水泵在高效區運行；在最高與最低揚程時，水泵應能安全、穩定運行，力求泵的裝置效率高，運行費用低。

3）選用泵型應優先考慮國家推薦的產品和經過鑒定的產品，采用技術成熟的產品運行管理和維修方便。

4）具有多種泵型可供選擇時，應綜合分析水力性能、機組造價、工程投資和運行檢修等因素擇優確定。

5）水泵數量的選定，應保證調節方便，工程投資省。

2.1.2 選型對比

新泉寺排澇泵站新建工程設計總揚程2.83 m，最高總揚程4.30 m，設計總排澇流量達41.80 m3/s。根據以上水泵選型原則，可供選用的泵型有常規的立式軸流泵和潛水電泵，這兩種泵型優劣對比如下：

1）立式軸流泵。立式軸流泵屬傳統泵型，其設計制造技術成熟，單機流量大，效率較高，水泵及配套電機投資省，具有大量的運行管理經驗，是排澇站常用泵型，也是較理想的泵型。

但其也有一些缺點：土建復雜，土建投資多（因水泵和電機分體，且是立式布置，廠房高度必須做得很高，以起吊設備）；安裝要求高，安裝時間長；輔助設備多，一般需配備油、氣、水系統，同時也增加了管理運行的難度。

2）潛水電泵。近10 年來，潛水電泵設計制造技術日趨成熟，許多影響其廣泛使用的關鍵技術問題得到解決，如密封問題、電機絕緣問題等。與常規的立式軸流泵相比，潛水電泵泵站具有以下優點：一是節省土建投資。潛水電泵是機電一體化產品，不需潤滑和冷卻供水設備，可以采用開敞式廠房，不需要固定的起吊設備，可以節省部分土建工程投資；二是安裝維修檢修方便，潛水電泵在安裝或檢修時可以整體吊入吊出，節省安裝周期，非汛期可吊出存放在干燥處，有效避免長期在水下對機組的不利影響，利于設備維護檢修和保養；三是潛水電泵泵站不需要配備油氣水輔助設備，節省了設備、閥門、管道及附件的設備費、安裝費，同時免除了輔助設備在運行中的維修保養和檢修，減少了泵站用電負荷，有利于泵站的節能環保；四是潛水電泵在水中運行，噪聲低，振動小，流態好、效率高。

但潛水電泵也有一些缺點：潛水電泵為新型泵型，目前運行管理人員相對較陌生，一旦出現故障，很有可能無法得到及時維修，需要廠家派駐專業人員現場維修或直接返廠維修；潛水電泵為耦合式安裝，對土建基礎精度要求相對較高。

綜上所述，潛水電泵較立式軸流泵具有土建投資少、流道平順且設計簡單、泵組效率高、密封性能好和故障率低等優點。

根據泵站型式及現場實際情況，確定采用8 臺1400QGWZ-100 型全貫流式潛水電泵。配套電機功率400 kW/臺，總裝機功率為3 200 kW。

2.2 水泵安裝方式選擇

潛水電泵目前主流安裝型式有4 種：固定后墻自耦合式安裝；嵌入閘門式安裝；閘泵分離式自耦合式安裝；雙閘門自耦合式安裝。

2.2.1 固定后墻自耦合式安裝

根據泵站特性（不需要專門修建出水流道），且現有泵站下游水閘過水流道為8 孔，尺寸為4.0 m×5.0 m（寬×高），非排澇季節需要將水泵吊起采用自流排水，由于水泵直徑為1.4 m（外型尺寸為直徑1.85 m）如果采用固定后墻自耦合式安裝，則需要把流道縮小至直徑不超過1.8 m，無法滿足自流時流量要求，因此無法采用此類安裝方法。

2.2.2 嵌入閘門式安裝

目前國內嵌入閘門式安裝方法以直徑0.6～0.8 mm為主，此類型式閘門泵具有安裝簡單的優點，但同時水泵運行時產生震動對閘門結構有不利影響。

新泉寺泵站水泵直徑為1.4 m，如果直接安裝在閘門上，為保證閘門穩定，閘門將會非常笨重。且水泵自重達11.5 t，必須將閘門和水泵重心調整完全重合，否則起吊過程中的輕微變化都很有可能引發翻轉等意外，同時閘門或水泵任意一個設備需要維修，需要將其分離，維修難度較大。水泵自重大，運行時產生的豎向和水平向震動較大（且豎向震動無法采用理論進行精確計算），如果強行安裝在閘門內，勢必使得閘門厚度遠遠大于常規，因此嵌入閘門安裝不合適。

2.2.3 閘泵分離式自耦合式安裝

閘泵分離式自耦合安裝適用于直徑為1.0～2.0 m 的潛水電泵，安裝時只需將閘門沿著下泵導向軌下滑，到達相應位置時，水泵會自動與耦合掛板耦合，運行時由于水推力，水泵進水法蘭與閘門出水邊法蘭自動耦合密封。

新泉寺泵站水泵直徑為1.4 m，采用此類安裝方法，閘門和水泵分開安裝可有效降低起重設備容量，且水泵運行時震動只有水平推力（可采用理論精確計算）傳至閘門，豎向震動傳至水泵底座導軌之上，從理論計算上保證閘門的穩定。

2.2.4 雙閘門自耦合式安裝

雙閘門自耦合安裝適用于直徑為1.0～2.0 m 的潛水電泵，安裝時只需將閘門沿著下泵導向軌下滑，到達相應位置時，耦合楔形面會自動耦合，運行時由于水推力，水泵進水法蘭與閘門出水邊法蘭自動耦合密封。

此類安裝方法雖然實現了干式安裝，但需要場地相對較大，且土建復雜程度較之一般泵站有較大的增加。目前新泉寺泵站所在位置狹窄，泵站下游側現有1 個水閘，且無法對水閘閘門進行改造，如果在現有水閘閘門上游側附近再設置1 個閘門，從景觀上考慮不合適。

綜上所述，新泉寺泵站水泵采用閘泵分離式自耦合式安裝。

2.3 水泵安裝

2.3.1 閘門與水泵的結合

1）閘門與泵的結合方式。新泉寺泵站采用閘泵分離式自耦合安裝，即在閘門上設置下泵導向軌，開設一個直徑1.4 m 的圓孔，在閘門上與水泵結合處布置一圈3 cm 厚橡膠墊圈緩震，水泵底部設置滾輪與底板處布置的輕軌進一步增加安裝精度（形成閘門、軌道、導向梁三向固定）。具體結合方式見圖1、圖2 及圖3。

圖1 閘門水泵結合圖

圖2 A 大樣圖

圖3 B 大樣圖

2）水泵穩定下放方式。為了將水泵穩定下放至與閘門耦合位置，在水泵兩側各焊接1 根導向梁，同時在閘墩兩側布置導向槽。具體布置型式詳見圖4。

圖4 水泵穩定下放方式圖

2.3.2 閘門的起吊

因泵站底板與電機層高差達到12.3 m，為減輕閘門重量，在進水流道布置1 道胸墻，將閘門高度降低為5.2 m，造成閘門頂部在電機層下7.1 m，閘門起吊難度極大。

泵站運行過程中閘門位于設計水位以下，在事故停機情況下無法目視進行起吊，如果派潛水人員下水，則花費巨大。

為方便管理人員起吊閘門，本次設計在閘門上面布置電動抓梁定位柱，采用電動抓梁下放至閘門位置，實現閘門盲抓。

2.3.3 閘門與水泵基礎淤積

鏡明河為平原型河流，兩岸為大面積農田，河水具有含沙量大的特點，且泵站位于河流終點入湘江口處，易形成大面積淤積。一旦閘門槽及水泵基礎淤積，則水泵及閘門無法下放到位，泵站無法正常運行。

為清除可能出現在閘門及水泵基礎的淤積物，在泵房下游側布置2 臺高壓潛水泵，然后在閘墩內預埋不銹鋼管，在閘門跟水泵下放前先利用預埋的不銹鋼管向閘門槽內噴水，將淤積物清除。預埋鋼管布置形式見圖5。

圖5 閘門與水泵基礎清淤鋼管預埋圖

新泉寺泵站在2019 年5 月具備運行條件，并于7月按照驗收規范完成單機及聯機試運行。試運行過程中機組運行穩定，閘門震動較小，電動抓梁水下啟閉閘門順暢。

試運行結束后，將閘門起吊檢查，閘門表觀良好，焊縫完整，水泵與閘門耦合處無損壞。

3 結 語

新泉寺泵站水泵與閘門采用耦合式安裝，可實現水下盲裝，極大地提高了水泵安裝及維修的速度，可極大提高泵站的運行效率。水泵與閘門分開起吊，可減小起吊設備的容量，減少泵房上部建筑的尺寸。同時，閘門在水下盲抓起吊，避免了項目管理人員直接水下操作的危險性。

文章通過探索河床式泵站水泵選型、大口徑閘門泵的水泵與閘門結合方式，可供國內其他類型泵站水泵選型參考。