一體化泵閘的設計及技術要點分析

李明玉

摘要：早期建立的傳統泵站設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，現詳細介紹了一體化泵閘中閘體、閘門泵和啟閉機的設計及技術要點，為一體化泵閘的推廣應用提供了參考。

關鍵詞：一體化泵閘;閘體;閘門泵;啟閉機

0 引言

近年來，在持續較長時間的暴雨天氣后，各大城市和鄉鎮內河水位以及部分低洼地區的河道水位明顯上升，對于城市的防洪排澇能力是一個嚴峻挑戰。早期建立的傳統泵站由于設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。傳統的排水泵站采用分體式設計，即閘門和泵站分別布置，通常在河道橫截面方向的中間設置閘門，在閘門兩邊設置水泵。在需要排澇時關閉閘門，水泵排水;不需要排澇時打開閘門，關閉水泵，保持內外河道水系的通暢。但傳統泵站通常閘門橫斷面較小，且兩側泵室無法過水，導致不需要排澇時內外河道水體交換能力明顯降低。同時，傳統泵閘還具有占地空間大、建設周期長、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，閘門既是擋水結構，又是水泵支承的基礎。水泵布置在閘門上，不建立固定的泵室，相比傳統泵站具有占用空間小、施工周期短、可整體搬運以及可實現自動化控制等優點。下面詳細介紹一體化泵閘的設計及技術要點。

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、除污系統、監測系統、安全系統、控制中心以及監控云平臺等組成，其中閘體、閘門泵和啟閉機是最主要的組成部分。設備的安裝、使用環境如下：（1）濕度0%～100%;（2）介質溫度0～50 ℃;（3）介質密度≤1 200 kg/m3;（4）介質pH值4～10;（5）介質海拔高度<1 km;（6）設備安裝運行地點應無爆炸粉塵或導電材料，無破壞絕緣的蒸汽或氣體以及腐蝕性金屬。

2 一體化泵閘的設計及技術要點

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計及技術要點。

2.1? ? 閘體的設計及技術要點

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的國家、行業標準，且有質量保證書。其次，對于標號不清的材料及部件，在使用前需要進行復驗，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，需要先根據實際需求及相關質量標準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，焊縫應美觀、均勻，不得有明顯缺陷。對接焊縫的加強高度應小于3 mm，焊縫坡口以及焊前進行的焊接工藝評定應符合相關國家標準規定。在焊接中根據其重要性不同，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控制在1.5 mm內，吊耳孔的閘體高度、厚度方向中心線與基準面的正負偏差應在2 mm以內。吊耳和吊桿的軸孔傾斜度應<1/1 000。平面閘體的滑道或滾輪支撐在組裝時，應該以止水座面作為基準面進行調整，組裝偏差應符合相關國家標準規定。

2.1.4? ? 防腐要求

在進行防腐預處理前，應先將閘體表面清理干凈，表面預處理等級應符合國標要求的Sa21/2級，采用照片目視對照法進行評判。經過除銹處理后，閘體表面的粗糙度應小于涂層厚度的1/3，通常在40～100 μm，一般來說，常規防腐需求值在40～70 μm即能滿足，而對于高防腐需求則應選擇60～100 μm。用于涂裝的涂料應符合相應國家標準及設計需求，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。最后根據設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控制在1.5 mm內，反向支承滾輪或滑塊的工作面與止水座面的正負偏差應控制在2 mm內。

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，應以止水座面為基準面進行調整。所有滾輪或支承滑道都應在同一水平面內，其平面度允許公差：當滑道或滾輪的跨度≤10 m時，允許公差應≤2 mm;若跨度>10 m時，允許公差應≤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不超過輪徑的2/1 000?；乐С信c止水座基準面的平行度允許公差：當滑道長度≤500 mm時，允許公差應≤0.5 mm;當滑道長度>500 mm時，允許公差應<1 mm，相鄰滑道銜接端的高低差應<1 mm。最后滾輪、液壓支承跨度的允許正負偏差應<2 mm。

2.2? ? 閘門泵的技術要點

2.2.1? ? 濕定子閘門泵的技術參數

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;電壓規格：380 V、660 V、6 kV、10 kV;介質條件：pH值5～9，水質為清水或輕度污水，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? ? 濕定子閘門泵的設計性能

設計點流量：640～21 350 m3/h;設計點揚程：1.18～9.1 m;功率：7.5～630 kW;轉速：295～1 450 r/h;泵效率：78.4%～87.3%。

2.2.3? ? 閘門泵的密封

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

2.2.4? ? 干定子閘門泵

干定子閘門泵的結構外形應符合《貫流泵》（JB/T 10811—2007）中的相關要求，其性能參數應符合《潛水軸流泵》（CJ/T 518—2017）中的相關要求。

2.3? ? 啟閉機的技術要點

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動活塞桿來控制閘門的啟閉。液壓啟閉機的技術參數：（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 結語

一體化泵閘雖然輸水量不大，但其相比傳統泵閘具有占用空間小、施工周期短、可整體搬運以及可實現自動化控制等優點，已成為傳統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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