探析贯流式泵站的不同型式

贯流式泵站（Tubular Pump）是指采用贯流式水泵、开发低水头水力资源而建设的泵站。贯流式泵站的规划和一般泵站的规划一样，应在流域或地区水利规划的基础上，根据全面规划、综合治理、合理布局、经济可行的原则，正确处理好近期与远期、整体与局部的关系，协调好与其他用水部门的关系，使水泵站工程发挥最大效益。

贯流式泵站的型式布置就是综合考虑各种条件和要求，确定建筑物种类并合理布置其相对位置和处理相互关系。枢纽布置主要是根据泵站所承担的任务来确定，其主体工程，即泵房、进出水流道、进出水建筑物等的布置应有所不同。相应的涵闸、节制闸等附属建筑物应与主体工程相适应。此外，考虑综合利用要求，如果在站区内有公路、航运、过鱼等要求时，应考虑公路桥、船闸、鱼道等的布置与主体工程的关系。

在工程布置时，还应根据地形、地貌、水系及原有的水利工程等条件，先进行主体工程布置，然后再考虑各种建筑物的布置，与当地的地区经济发展规划相结合，如水产、环境保护、旅游资源的综合利用，以发展水力资源的开发深度，增加贯流式泵站的经济效益。再在进行多方面的技术经济比较的基础上，选择布局合理、效益显著、工程安全、投资节约、运行管理方便的较优方案。

贯流式泵站，尤其是它的厂房结构与布置，受贯流式机组型式的影响很大，并且机组型式对泵站工程建设的投资、运行费用、安全可靠、管理维修等具有决定性的影响。按照常规采用的贯流式机组型式，可把贯流式泵站划分为灯泡贯流式泵站、竖井贯流式泵站、轴伸贯流式泵站和潜水贯流式泵站等四种，其流道水力损失灯泡贯流式最小，其次为轴伸贯流式，目前初选的大部分是灯泡贯流式。现按机组型式分述如下。

1.灯泡贯流式结构

灯泡贯流式（Bulb tubular）结构型式是将电动机和齿轮箱安装在进水侧（前置）或出水侧（后置）的一个灯泡形金属壳体中，将机组轴系的支撑结构、推力轴承和导轴承均布置在灯泡体内，其特点是结构紧凑。如图1-1所示，是灯泡贯流式水泵的结构图。

灯泡贯流式机组的水流基本上轴向通过流道，并轴对称流过水泵的叶片，最符合水泵叶轮设计的基本假设条件，理论上这种结构型式水力性能较好，装置效率最高，在同一水头下，因电动机和齿轮箱尺寸小，灯泡体内有一定的安装空间，机组安装检修方便，开挖深度小，平面尺寸小，便于实现双向抽水。因灯泡体直径小，流道水流条件较好，电机效率、泵站装置效率较高，年运行费较低。但增加齿轮箱后相对增加了一个故障环节，因此对齿轮箱的可靠性要求较高。但与竖井贯流式机组和机组轴伸贯流式机组相比，灯泡贯流式机组结构相对复杂，技术要求也较高，管理、维护相对复杂一些。如图1-2所示，是淮安四站灯泡贯流泵站方案站身剖面图。

图1-1　灯泡贯流式水泵结构图

图1-2　淮安四站灯泡贯流泵站方案站身剖面图（单位：m）

2.轴伸贯流式结构

轴伸贯流式（Standard tube tubular）结构是将电动机和齿轮箱敞开布置，不像前面所述的灯泡贯流式机组由于受到空间尺寸的限制，只能采用行星齿轮箱，轴伸贯流式机组齿轮箱型式的选择灵活性较大，在轴伸贯流式机组中既可以采用齿轮箱传动，也可以采用直联。

典型的轴伸贯流式机组，如图1-3所示。

图1-3　轴伸贯流式机组图

与灯泡贯流式机组不同，轴伸贯流式在进水侧和出水侧都有角度不等的弯曲部件，不同程度地增加了流道的水力损失，影响了装置的水力性能。

轴伸贯流式机组按主轴布置，还可以进一步分为前轴伸、后轴伸和斜轴伸贯流式等多种结构型式。

（1）前轴伸贯流式。将电动机和立式平行轴齿轮箱布置在进水侧时，称为水平前轴伸贯流式；将电动机和立式平行轴或水平平行轴齿轮箱平面布置在进水侧时，称为平面前轴伸贯流式，也称为平面S型流道。(www.xing528.com)

（2）后轴伸贯流式。将电动机和立式平行轴齿轮箱布置在出水侧时，称为水平后轴伸贯流式；将电动机和立式平行轴或水平平行轴齿轮箱平面布置在进水侧时，称为平面后轴伸贯流式。

（3）斜轴伸贯流式。将水泵的主轴倾斜布置。按照主轴与水平方向的夹角分为15°斜轴伸、30°斜轴伸和45°斜轴伸等结构型式。电动机和立式平行轴齿轮箱一般都布置在出水侧。典型的斜轴伸贯流式机组，如图1-4所示。

图1-4　斜轴伸贯流式机组图

轴伸贯流式机组的主水泵主要部件经常处于水面以上，对密封的要求较低，检查、维修和保养也较方便，拆卸时不必像立式泵那样需要拆除电动机；单位面积上的荷载小，尤其适合于软土地基的泵站；起重机的起吊荷载小，提升高度小，泵房结构相对简单。但轴伸贯流式直径不宜过大，否则会造成机组主轴太长，而且中间没有任何支撑，会导致机组的运行不稳定。所以，一般用于单机容量较小的机组。

3.竖井贯流式结构

竖井贯流式（Pit tubular）机组是介于灯泡贯流式和轴伸贯流式之间的一种新型的低扬程泵站结构型式，竖井贯流泵将电机、减速器、泵体等置于平面近似呈纺锤形的钢筋混凝土竖井内，水流从竖井两侧流过，水力损失较小，厂房低。典型的竖井贯流式机组，如图1-5所示。

水泵进出水流道顺直，水流从竖井的两侧引入水泵（前置）或排向出水侧（后置），泵站装置效率高，总体上水力性能与灯泡式机组接近，机组结构相对于灯泡贯流式结构略简单，并且开挖深度小，平面尺寸小，工程投资省，便于管理、维护和实现双向抽水。站身高度小，可不设厂房，在城区或风景区建设有利于达到美化环境的目的。

竖井贯流式结构由于竖井是开敞的，因而通风、防潮条件良好，竖井的大小和形状通常是由齿轮箱和电动机的大小、人行通道、静力和水力的要求及基础的需要而决定的。对于竖井贯流式机组，竖井本身尺寸笨重、刚度大，受力及变形分析比较简单，传力路径明确，不像灯泡贯流式机组那样需要进行结构应力与变形的模拟分析和模型试验。江苏省裴家圩泵站工程建于21世纪初，采用竖井式机组，闸站结合的布置型式，其中泵站为双向泵站以抽引为主，反向兼顾城市排涝，裴家圩泵站竖井式贯流泵装置，如图1-6所示。

图1-5　竖井贯流式结构图

图1-6　裴家圩泵站竖井式贯流泵装置图

4.潜水贯流式结构

潜水贯流式（Submerged tubular）是将潜水电机技术与贯流泵技术结合而产生的新型机电一体化产品，如图1-7所示，既保持了贯流泵本身的优点，又利用潜水电机技术，克服了传统贯流泵机电冷却、散热、密封等难题。潜水贯流泵作为高比转数泵，是一种适用于低扬程、大流量的灌溉或排涝泵站的泵型，也是我国目前推广使用的一种新型水泵。这种水泵有时零扬程或者要求双向抽水。山东省聊城谭庄水库供水工程出库泵站采用的就是潜水贯流泵机组。

图1-7　潜水贯流式结构图

装有潜水贯流泵的泵站具有水力特性好、装置效率高，在低扬程工况，装置效率可比轴流泵高出一倍以上。在相同工况下，电机功率配置小，机泵一体，用齿轮箱减速转动，实现了电机的高速化、小型化、运行费用低的特点。由于泵管直径小，适宜取消上部高大厂房，用汽车吊装取代固定行车，水泵基础开挖深度小，土建投资省，运行管理方便，容易自动控制等。国外潜水贯流泵机组具有至少双重组合密封和防泄漏、防超温、防过电流等多种自动保护装置，运行中可采用全自动的实时监控来保证机组的安全运行。国内目前虽然对不大于900mm口径贯流泵拥有一定的生产实践经验，但对大口径贯流泵尚未经有效的长时间实际考验，潜水贯流泵的工程实践目前还很少，对大功率潜水电机的使用、水下高压电机的绝缘和漏电保护尚缺乏成熟的工程经验。尤其是电机的密封问题，因为任何机械密封在饱和前很难做到零泄漏，即使采取各种方式，若水泵长期在水下工作，也难以完全保证水泵工作的可靠性。