贯流式水泵的发展历程

1.国外贯流式水泵的发展概况

近二十几年来世界各国大型水泵站的建设相当迅速，主要原因是农业生产的发展，促进了大型灌、排抽水站的兴建，加上科学技术的发展，也使工业上能够提供大型化的机组。在一些工业发达的国家，水资源的利用率较高，跨流域的调水输水工程逐步发展，其枢纽工程的主体就是大型抽水站。至于抽水蓄能泵站，不仅历史悠久，而且规模很大。中、小型排灌抽水站建设更加普遍，已成为一个国家农业生产技术水平及抗御旱涝灾害能力的重要标志之一。

从各国大型抽水站的特点看，由于自然条件的差异而不同。美国多为高扬程大流量的灌溉站，其装机容量很大；前苏联梯级抽水站规模较大；日本和荷兰则多为低扬程大流量的排水站，特别是荷兰，扬程有低达0.40m以下者。

从世界泵站工程发展看，贯流式水泵在低扬程抽水站中变得更加重要和具有竞争力。扬程在4.00m以下，贯流式水泵机组比立式水泵机组具有一系列的优点，尤其是贯流式水泵站土建投资少以及有较高的过水能力、较高的运行效率和良好的运行性能。在国外，尤其是日本、荷兰等国，低扬程大流量泵站大量采用贯流泵。

日本是个岛国，山多地狭，人口众多，为了扩大耕地面积，进行了围海造田，开垦沼泽地。仅日本的八郎泻中央开拓地区和印幡沼地带，就分别开垦出24万亩和30万亩以上的农田，相应建立了一批排水站。日本新泻市西南的西蒲原地区，为日本粮食主要产地。日本自20世纪60年代末至90年代初建成的50多座泵站中，有近百台贯流泵在运行，其中最大单台流量达11.5m3/s，最高扬程达到12.80m，扬程在4.00m以上的泵站共有28座。在该国众多的大型泵站中，新川河口是较有代表性的。1971～1973年建成了新川河口排水站，排水能力为240m3/s，扬程2.60m，安装6台口径为4200mm、流量为40m3/s的贯流式泵站，总装机容量为7800kW，排水受益面积30万亩。该泵从开机到停机过程全部自动化，通过中央控制室可以自动调节水泵叶片角度，自动选择运行台数，根据内外水位差和排水流量自动控制辅助设备和自动清污装置。

荷兰从13世纪就开始围海造地，迄今已增加土地900多万亩，全国约45%的面积在海水位以下，因此，农田排水是一个突出的问题，最先采用的排水设备是风车带动的桨轮，到19世纪时采用蒸汽机。自21世纪以来，由于排水设备的迅速发展，使荷兰的土地垦殖得到了迅速的扩大，荷兰也成为世界上水泵技术先进的国家之一。荷兰目前已建成的大型泵站有600多座，安装口径1.2m以上的大型水泵机组2400多台（荷兰泵的转速高，其口径1.2m相当于我国口径1.8m以上的大泵），其泵站的数量和大泵的台数都是我国泵站数量的3倍以上。荷兰是对贯流式泵站研究和开发较早的国家之一。1973年建成的荷兰泽顿水泵站，流量37.5m3/s，扬程1.20m，水泵口径为3600mm，水泵转速73r/min，经齿轮变速传动，配套功率924kW。采用水平后轴伸式轴伸贯流式泵站。1975年在阿姆斯特丹附近的北海运河入海口建造的爱莫顿水泵站，装有4台单机流量为37.5m3/s，扬程为2.30m，水泵口径为3940mm的大型贯流式泵站，是荷兰最大的泵站之一，抽水重量150m3/s，总功率达3900kW。另外，荷兰的水泵生产和泵站管理非常先进，两者在业务上的关系非常密切，水泵厂的设计人员对泵站的运行管理非常熟悉，他们与泵站管理单位在设计、生产、制造、试验、安装、调试、运行和检修等各个环节上配合默契，协调一致。

表1-1是国外部分贯流式泵站的特征参数。

表1-1　国外部分贯流式泵站的特征参数

2.国内贯流式水泵的发展概况

在水电行业，国内从20世纪60年代开始对贯流式水轮机进行研究和开发，主要是以灯泡式贯流式机组为主。40多年来通过自行研制、技术引进、与国外厂商合作生产制造和整机引进等途径，我国灯泡式贯流式水轮机的研究、设计、制造、安装与运行管理技术已趋于成熟。近年来灯泡式贯流式水轮机得到了较大的发展，涵盖了低水头水电站的大、中、小容量范围。在此背景下，贯流式水泵机组在我国开始了研制和开发的应用。贯流式水泵机组在我国有20多年的历史（主要是中、小型泵），但对其开发研究起步则很晚，尤其是装置性能方面的研究相对较少。造成贯流式水泵机组发展缓慢的主要原因，一方面是因为传统上人们已习惯于了立式轴流式水泵机组；另一方面是因为贯流式水泵机组的一些关键技术，例如，贯流式泵站（含可逆式）进、出流道优化设计、转轮开发等，未能较好掌握。经过多年的努力，我国在低扬程泵装置方面的研究取得了一定的进步，无论是装置能量性能还是装置气蚀性能都达到了新的水平，并得到了一定的推广和应用。

目前，国内已建成的贯流泵站最大流量为江苏太浦河泵站，单机流量为50m3/s，共6台，斜轴伸式二级平行齿轮减速箱，电机功率1600kW，齿轮箱功率2400kW。最大功率的贯流泵站为淮安三站，电机功率2500kW。在南水北调工程中大量采用贯流式机组。

南水北调工程是解决我国北方地区水资源严重短缺问题的重大战略举措，从20世纪50年代至今，经过半个多世纪的研究，规划确定分别从长江下、中、上游向北方调水的南水北调东、中、西三条调水线路，与长江、淮河、黄河和海河形成相互连通的“四横三纵”总体格局。东线工程从江苏省扬州市附近的长江下游干流取水，基本沿京杭运河向北送水，给黄淮海平原东部和山东半岛补充水源。第一期工程首先调水到山东半岛和鲁北地区，供水目标是补充沿线城市的生活、工业和环境用水，并适当兼顾农业和其他用水。南水北调东线第一期工程输水线路以黄河为脊背，分别向南、北倾斜，从长江至东平湖输水主干线长约617km。由于穿黄河处水位高于长江水位约40.00m，为此在东平湖以南的输水线路上共设34座泵站，分13个梯级抽调江水向北输送入东平湖。其中利用江苏省江水北调工程现有6处13座泵站（原有泵站工程装机情况见表1-2），新建21座泵站（新建泵站工程装机情况见表1-3），在新建的21座泵站中，有9座泵站共40台采用贯流式水泵机组，其中江苏境内7座。出东平湖后分两路输水，一路向北穿黄河后经小运河接七一、六五河自流到德州市大屯水库；另一路向东开挖胶东输水干线西段河道，输水至引黄济青干渠，再经山东省规划建设的胶东地区引黄调水工程送水至威海市米山水库，工程分三期实施。据统计，东线第一期规划新建的21座泵站贯流泵20台；东线第二期规划新建的13座泵站，贯流泵14台；东线第三期规划新建17座泵站，贯流泵14台。(www.xing528.com)

表1-2　原有泵站工程装机情况

表1-3　新建泵站工程装机情况

由表1-2和表1-3可以看出，在原有的泵站型式中只有淮安三站采用贯流式泵站，在新建的21座泵站中有9座泵站采用贯流式泵站，贯流式泵站得到很大的推广。

南水北调工程的贯流式水泵大部分采用灯泡式贯流机组。蔺家坝泵站工程是南水北调东线工程的第九级泵站，位于江苏省徐州市铜山县境内。根据南水北调东线工程总体规划，蔺家坝泵站分两期实施，第一期工程新建蔺家坝一站，设计流量75m3/s。其主要任务是抽调前级解台站来水入南四湖下级湖，以满足南水北调向北调水，同时适当结合地方排涝。该泵站采用型号为2800ZGQ25—2.5的后置灯泡贯流泵，叶轮直径2850mm，设计扬程2.80m，单机容量1250kW，总装机容量5000kW，采用单级行星齿轮箱和快速门带小拍门的断流方式。南水北调东线工程的第九级抽水梯级泵站——韩庄泵站（位于山东省枣庄市）和第十级抽水梯级泵站——二级坝泵站（位于山东省微山县）同样也采用后置灯泡贯流泵，结构型式与蔺家坝泵站工程相似。

淮河入海水道芦杨泵站位于盐城市阜宁县芦蒲乡境内，是一座具有抽排、自排功能的排涝泵站。在淮河入海水道行洪期排涝时，设计扬程5.54m，最大扬程6.29m，在淮河入海水道非行洪期；泵站排涝设计扬程1.55m，设计流量25m3/s，选用4台伞齿轮传动的前置灯泡体的灯泡式贯流泵，水泵叶轮直径为1.48m。芦杨泵站工程设计借鉴国外经验，采用锥齿轮90°正交传动贯流泵，这种贯流泵装置在荷兰使用较多，由于电机位于水上，使得泵内部结构紧凑，可较好地解决密封和泄漏问题，并且检修方便，运行可靠。同时期建设的作为入海水道北堤穿堤建筑物骨干工程之一的妇女河泵站，选用3台伞齿轮传动贯流泵（前置灯泡体），其结构型式与芦杨泵站相似。

2002年底开工兴建的苏州西塘河裴家圩站闸枢纽工程，采用竖井式贯流泵装置。水利枢纽由泵站和节制闸组成，采用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，机组抽引年运行时间较长，正反向设计流量均为40m3/s。引水工况为正向布置，竖井布置在外河侧，水泵的后导叶体布置在内河侧。抽引工况时进水流道为竖井两侧进水，出水流道为平直管，出口采用快速闸门断流；抽排工况时进水流道为平直管，出水流道为竖井两侧出水，出口亦采用快速闸门断流，两侧快速门互为备用。泵站配S型叶片双向泵转轮，型号为1900SSGQ8—1.5，水泵叶轮直径为1900mm，水泵转速为155r/min，电机转速为980r/min，传动比为6.32，配套电机功率为300kW。无锡市防洪工程梅梁湖泵站和常州市武成锡横塘片洼地治理北枢纽泵站工程也采用此型式。

上海杨树浦港泵站是上海市杨浦区河道治理的一项重点工程，承担着杨树浦港水系的排涝以及从黄浦江引水对整个水系进行冲污的任务。该泵站采用双向潜水贯流泵机组技术，作为一种新型实用的泵型，双向贯流泵机组具有贯流泵流道平顺、水泵结构简单等特点。S型叶片的贯流泵在电机正反向运转时，可实现双向抽水，效率较高，接近单向运行的泵站效率，运行管理方便。双向贯流泵站设置在半地下，可满足城市景观规划要求，节省土建及泵站建设投资30%～40%，节省占地面积30%～40%，可保持整个水系的长年用水，不间断地对整个水系进行冲污，使得经济和社会效益显著。双向潜水贯流泵机组可广泛应用于沿江、沿海低扬程双向运行的泵站上。上海清水港船闸工程泵站和山东谭庄水库供水工程出库泵站也采用潜水贯流式水泵机组。

现在将国内部分贯流式泵站的特征参数列于表1-4。

表1-4　国内部分贯流式泵站的特征参数