广东省中山市大中型排涝泵站工程建设技术创新及特点

水能经济341广东省中山市大中型排涝泵站工程建设技术创新及特点罗向明【摘要】中山市在大中型排涝泵站工程建设技术创新方面做了大量工作，解决大中型排涝泵站工程建设的一系列技术难题。在全裸式全调节大型立式轴流泵、带行星齿轮潜水电泵及湿定子潜水贯流泵方面进行了一系列技术创新，所建成的大型排涝泵站工程具有：降低工程投资；提高泵站效率；改善运行条件；维修管理方便；降低工程施工难度；缩短施工工期等特点。【关键词】大中型排涝泵站排涝泵站技术创新中山市水利水电勘测设计咨询有限公司广东省中山市528403引言中山市在近20年的大中型排涝泵站工程建设中，积累了丰富的工程建设经验，在技术创新方面取得了显著成效，所建成的大中型排涝泵站的技术创新及特点具有广泛的推广价值，值得类似工程借鉴。1、中山市东河水利枢纽工程1.1工程概况广东省中山市东河水利枢纽工程为中山市建国以来最大的单项水利工程，属大（二）型工程，工程由水闸、船闸、泵站三部分组成。水闸总净宽150m，设计过闸流量1020m3/s；船闸为内河Ⅳ级船闸，净宽16m；泵站设计排涝流量273m3/s，泵站选用6台3200ZLQ42-2.4立式全调节轴流泵，单机功率1800kW，总装机功率10800kW。工程具备防洪、排涝、灌溉、航运和环保等功能。工程于1998年5月开工，2000年4月主体工程完工。枢纽工程概算总投资为20010.40万元，工程实际结算总投资约为18000万元。枢纽工程在建设过程中采用了大量新技术并严格实行了建设管理“三项制度”，使工程在较短时间内高质、高效地完成，取得了较大经济效益和社会效益。1.2技术特征、主要技术指标及创新点（1）工程施工采用了深厚淤泥层（20米）上大型悬浮式钢板桩围堰（70×25×18米），工程建设采用分段截流，成功实现了施工不断流、不断航，做到了投资省、占地少、不影响周边环境。（2）水泵型号为3200ZLQ42-2.4立式全调节轴流泵，水泵结构采用全裸式全调节大型轴流泵（叶轮直径为3.24米），节约土建工程、做到经济性、观赏性、高效性、适用性相结合。此结构方式与井筒式结构相比，节约投资约100万元。图1东河水利枢纽工程泵站纵剖面图（3）泵站采用簸箕形高效进水流道（流道效率大于0.90，达到0.92），大大减小了泵站开挖深度（H/D=1.331.40，降低基坑开挖深度约1米），降低施工难度，节省了工程投资约100万元。（4）水泵采用先进的低扬程、大流量轴流泵水力模型350ZMB-3.4，比转速ns为1400，模型泵流量400l/s，达到440l/s，实现了泵站低扬程区的高效率，模型泵效率0.80，实泵经测试最高效率0.65，并达到大流量。原设计流量为240m3/s，经水泵水力模型优化后，流量达到273m3/s），增加流量33m3/s，相当增加一个中型泵站，其效益约为2000万元（中山市泵站建设1m3/s投资约为60~70万元）。（5）泵站电机采用10kV等级，节约站用变、配电系统，提高了泵站效率2~4%，减少了变、配设备及土建投资约800万元。1.3与国内外同类典型产品技术性能的比较（1）采用了深厚淤泥层基础上（20米）大型悬浮式钢板桩围堰（70×25×18米）堰技术，此技术在广东省水利行业大型水利工程中首次使用。随后，钢板桩围堰技术推广迅速，先后在揭阳市水利工程、中山火炬开发区洋关泵站[大（2）型工程]及中山市南头镇北帝水闸建设中使用，并获得了成功。（2）采用了全裸式全调节大型轴流泵（叶轮直径3.24米）结构形式，泵站泵室结构简洁，泵体外露，易于维修管理，做到经济性、观赏性、高效性、适用性相结合。本结构形式在国内大型轴流泵中属首创。随后，全裸式全调节大型轴流泵技术推广迅速，先后在中山火炬开发区洋关泵站[大（2）型工程]、广东省清新县茅舍岭泵站工程-茅舍岭排涝站[大（2）型工程]、揭东县磐岭泵站重建工程[大（2）型工程]及高要市宋隆泵站更新改造工程[大（2）型工程]建设中使用，并获得了成功。（3）泵站采用簸箕形高效进水流道（流道效率大于0.90，达到0.92），减小了泵站开挖深度（H/D=1.331.40，减小开挖深度约1米），降低施工难度，节省了工程投资，经方案比较测算，节省工程费用约100万元。此进水流道属荷兰首创，国内仅江苏刘老涧泵站（大型工程，设计流量为240m3/s）曾采用过，本工程采作此形式进水流道前，经过数学模型和水工模型试验，效果较为理想，泵站建成运行，经泵站测试，效果显著。随后，簸箕形进水流道技术迅速推广，先后在中山火炬开发区洋关泵站[大（2）型工程]、广东省清新县茅舍岭泵站工程-茅舍岭排涝站[大（2）型工程]及揭东县磐岭泵站重建工程[大（2）型工程]建设中使用，并获得了成功。（4）采用低扬程、大流量轴流泵水力模型350ZMB-3.4，比转速ns为1400，模型泵流量400l/s，达到440l/s，实现了泵站低扬程区的高效率，模型泵效率0.80，实泵经测试最高效率=0.65。泵站原342水能经济设计流量为240m3/s，经水泵水力模型优化后，通过增加电机功率等手段，泵站流量达到273m3/s，增加流量33m3/s。此轴流泵水力模型在东河水利枢纽工程首先使用，其后应用在上海太浦河大型泵站（设计总流量300m3/s）中，也获得成功。（5）采用10kV高压直配电机，节约站用变、配电系统，实现了高效率、低投入，提高了泵站效率2~4%，减少了变配设备及土建投资约800万元。10kV电机技术是我国上个世纪90年代开发的新技术，经应用和改进，目前已成为较为成熟的技术，具有推广价值。随后，10kV高压直配电机技术推广迅速，先后在中山火炬开发区洋关泵站[大（2）型工程]、广东省清新县茅舍岭泵站工程-茅舍岭排涝站[大（2）型工程]、揭东县磐岭泵站重建工程[大（2）型工程]及高要市宋隆泵站更新改造工程[大（2）型工程]建设中使用，并获得了成功。1.4对社会经济发展和科技进步的意义中山市东河水利枢纽主体工程运用了多项新技术，做到了投资省，效益高。根据国内、省内同等规模工程比较，省、市专家估算工程总投资约为35000万元，实际概算总投资为200010万元，结算总投资约为18000万元。工程自2000年完工以来，经过16年的运行，运行稳定。工程建成投入运行后，在排涝、防洪（潮）及航运方面发挥了巨大的效益，东河水利枢纽与中顺大围其它工程联合调度使用，在围内水环境改善等方面亦表现良好，得到中山市委、市政府及中山市人民的认可。中山市东河水利枢纽工程多项新技术的成功运用，充实了科学技术在实践中的检验，提高了工程建设的技术含量，对科技进步有着重要的现实意义。2、中山市白石涌外排泵站2.1工程概况中山市白石涌外排泵站工程位于中山市石岐区白石涌与石岐河会合处，是一座以排涝为主的大型排涝工程，主要建设内容为新建外排泵站、水闸及交通桥。新建白石涌外排泵站的主要任务为电排白石涌集水面积的涝水。图2白石涌外排泵站纵剖面图图3石特涌泵站纵剖面图水能经济343经水文计算，泵站的设计流量为135m3/s，泵站选用6台2600QG-24.5-2.00带行星齿轮潜水贯流泵，单机功率1000kW，总装机功率6000kW。设计扬程为2.00m，最高扬程为3.10m。根据《泵站设计规范》，泵站工程规模为大（2）型。2.2技术特征、主要技术指标及创新点水泵采用带行星齿轮减速大型潜水贯流泵，水泵型号为2600QG-24.5-2.00带行星齿轮潜水贯流泵，水泵为机泵一体化产品，采用高速异步电机，行星齿轮减速，采用承插式湿式安装，水泵与流道预埋件之间预留100mm间隙，泵坑采用双面池壁，双面池壁均设置水泵导向轨道，水泵安装检修时候可采用汽车吊直接将水泵沿导向轨道吊出泵坑。水泵支承采用滚轮，滚轮支承在预埋轨道上，水泵运行时在水推力的作用下，可沿顺水流方向向进水流道方向移动，使水泵进水喇叭口与进水流道预埋件直接挤紧。2.3与国内外同类典型产品技术性能的比较（1）中山市白石涌外排泵站单泵流量及叶轮直径为亚洲最大的带行星齿轮减速潜水贯流泵。（2）带行星齿轮减速潜水贯流泵除了具有与带行星齿轮减速潜水轴流泵优点外，由于水泵采用卧式安装方式，减小泵房底板开挖深度，在广东省沿海的淤泥地基可大大降低泵房基坑施工开挖难度。（3）自带行星齿轮潜水贯流泵在中山市白石涌外排泵站成功运用后，带行星齿轮潜水贯流泵技术推广迅速，先后在中山市小榄镇永宁泵站、水闸工程[中型工程]、中山市小榄镇埒西一泵站、水闸工程[中型工程]、中山市崩山涌外排泵站[中型工程]及中山市发疯涌外排泵站[中型工程]工程建设中使用，并获得了成功。2.4对社会经济发展和科技进步的意义中山市白石涌外排泵站采用带行星齿轮减速大型潜水贯流泵新技术，做到了投资省，效益高。概算总投资约为8400万元。工程自2013年完工试运行以来，经过3年的运行，运行稳定。工程建成投入运行后，在排涝及防洪方面发挥了巨大的效益，得到中山市委、市政府及中山市人民的认可。中山市白石涌外排泵站带行星齿轮减速大型潜水贯流泵新技术的成功运用，提高了工程建设的技术含量，节约了工程投资，对科技进步有着重要的现实意义。3、中山市石特涌水闸泵站新建工程3.1工程概况中山市石特涌水闸、泵站新建工程位于中山市西区石特涌口，为内河排涝泵站，是集排涝、防洪及改善水环境等多功能为一体的中型水利工程。工程主要任务为新建泵站一座及水闸一座。为充分解决排涝和水环境问题，石特涌泵站必须具备双向抽水功能。经水文计算，泵站的设计流量为12.78m3/s（排涝设计流量，引水流量与其相同），排涝和引水工况设计扬程为1.70m，最高扬程为2.20m。根据《泵站设计规范》，泵站工程规模为中型。3.2技术特征、主要技术指标及创新点水泵采用湿定子潜水贯流泵，水泵型号为1000GQWZ-135湿定子潜水贯流泵，由于水泵要求双向抽水，因此水泵采用双向自耦式安装，泵坑采用双面池壁，双面池壁均设置耦合挂钩，水泵与水泵流道预埋件之间预留间隙，反向引水时，利用在泵房设置的10t移动式电动葫芦将水泵机组起吊调头，反向安装，实现双向抽水功能。检修机组时将水泵直接吊出泵坑，在主厂房内进行检修。3.3与国内外同类典型产品技术性能的比较（1）湿定子潜水贯流泵装置保持了潜水电泵投资省、结构紧凑、安装方便、噪声低、散热好等优点。由于水流直进直出，因而湿定子潜水贯流泵具有水力性能好，流道顺畅，装置效率高等特点。（2）水泵采用双向自耦式安装，利用在泵房设置的起吊设备将水泵机组起吊调头，反向安装，实现双向抽水功能。（3）湿定子潜水贯流泵又称电机泵，是将水泵叶轮安装在电机的转子内腔，与转子形成一个整体，转子相当于水泵的叶轮外壳，使电机的无效部分变成工作部分，水泵工作时水流从转子内腔流过。因此湿定子潜水贯流泵的机组长度较同等叶轮直径的潜水贯流泵缩小约一半以上，使得机组重量大大降低，同时使得泵房顺水流方向宽度减小，节约工程投资。3.4对社会经济发展和科技进步的意义中山市石特涌水闸、泵站新建工程采用湿定子潜水贯流泵双向自耦式安装新技术，做到了投资省，效益高。初设批复概算总投资为1039.64万元。工程自2012年竣工运行以来，经过4年的运行，运行稳定。工程建成投入运行后，在防洪、排涝及改善水环境方面发挥了巨大的效益，得到区委、区政府及河道两岸居民的认可。中山市石特涌水闸、泵站新建工程湿定子潜水贯流泵双向自耦式安装新技术的成功运用，提高了工程建设的技术含量，节约了工程投资，对科技进步有着重要的现实意义。4、结论目前，我国现有大型排涝及灌排结合的泵站327处，2349座，装机14196台，装机功率291.89万kW，同时随着经济社会发展和城镇化建设的推进，城镇防洪排涝显得越来越重要，各地将建设一大批排涝泵站，在工程建设中通过对大中型排涝泵站的技术创新，对降低工程投资；提高泵站效率；改善运行条件；维修管理方便；降低工程施工难度；缩短施工工期等特点将更一步显现。推广应用前景广泛。参考文献：[1]《潜水泵技术规范》（SL584-2012）中国水利水电出版社[2]《贯流式