低扬程水泵出水流道布置的探讨

　　摘要：本文以低扬程水泵出水流道不易布置的问题来源入手，简要介绍了几种解决问题的方法，为实践中低扬程水泵布置提出了初步的解决方案，并分析了各自的优劣和适用条件。
　　关键词：低扬程水泵；出水流道；井壁蜗壳混凝土流道；泵站设计
　　前段时间去参加一个关于泵站技术交流的会议，某知名水泵厂的总工在发言时提到低扬程水泵出水流道不易布置的问题，该问题还没有得到妥善解决。我在泵站设计中也遇到过类似问题，向一些专家咨询、协商过这种情况，并查阅国内一些泵站的设计经验，总结了一些设计心得体会写下来以供大家参考并予以指正。
　　泵站设计工作中我们会遇到这种情况：低扬程水泵依据地形、占地、运行管理的方便性等条件需要呈立式布置，但是大中型泵型在低扬程水泵泵站中流道、结构尺寸相对较大，而出水口水位的要求相对高程过低，水泵结构高度会比按照需要的扬程布置的高度大出不少，以至于如采用直弯形出水流道会超出正常布置的范围，而且存在施工困难、水力损失较大的问题。比如出水口按照规范要求淹没出流的话应该在0高程，但是按照正常进水口淹没深度的要求布置水泵进水口后，由于水泵结构高度较大，导致如采用直弯形出水流道水泵出水口在1.0m高程甚至更高。
　　如果放任出水流道口不淹没，高于出水口实际运行水位，就会增加扬程、装机和运行费用，对于大中型泵站和需要长时间运行的泵站显然是不合适的。
　　那么这个问题该如何解决呢？
　　1、降低进水池底底板高程和虹吸出水的传统方案
　　1.1降低进水池底底板高程
　　降低进水池底底板高程以容纳低扬程水泵的结构高度，方法简单，但是带来了工程量的增大，一般情况下太不经济。
　　本方法适用于地质条件合适（不会因为降低进水池底底板高程大幅增加工程量，比如降低进水池底底板的部位恰好必须进行挖深进行特殊基础处理），进水池底底板高程降低幅度不大却能够为运行效率带来显著改善的情况。
　　1.2虹吸出水
　　采用虹吸出水在一些大型泵站混凝土出水流道中比较常见，在中小型泵站出水钢管中也有应用，泵站出水流道的一部分位于出水设计运行水位甚至最高运行水位以上，作为虹吸驼峰。
　　采用虹吸出水的方法的优点是：低扬程水泵正常运行时，出水流道形成虹吸，不会增大运行功率；虹吸驼峰可同时兼有停泵时破坏真空后自动断流的作用，安全性较高。但是其缺点也较明显：水泵启动功率较大，需要增大装机功率；或者水泵启动前需要对虹吸驼峰部位进行抽排气，操作较复杂；大型泵站混凝土出水流道的建造结构较复杂。
　　采用虹吸出水的方法适用于不宜降低进水池底底板高程，出水流道停泵断流处理困难，需要确保安全断流的场合。
　　小型低扬程水泵泵站管道虹吸出水如下图示意（以潜水轴流泵型为例，干式泵、大型泵与此类似）：
　　
　　2、改进型出水流道
　　2.1干式泵（传统轴流泵型）出水流道改进
　　干式泵出水流道通常是从水泵出口法兰起算，水泵厂提供的法兰接口通常与水泵轴呈60度或90度夹角。水流在泵体内转弯这个过程占用了一部分低扬程水泵的结构高度。考虑到这一点我们可以对水泵结构进行改造，减少低扬程水泵的结构高度。
　　在此我们在低扬程水泵转轮室出口即可接入混凝土加钢盖板或预制钢制扁平流道，使水泵出水水流在较短的结构高度上转向，即可实现减少水泵的结构高度，满足出水淹没出流的要求。
　　
　　本方案提供了一种解决问题的思路，也已在实践中运用，但由于本方案对低扬程水泵结构进行改造，须与水泵制造厂家协商进行，故一般适用于大中型的低扬程水泵，且与水泵制造厂家制造水平和技术水平有关，使用中也会受到项目运作方式的制约。
　　2.2潜水泵出水流道改进
　　潜水轴流泵型是传统轴流泵型的更新换代产品，目前正在推广使用并且已经有了很多成熟运用的经验。
　　大中型泵站潜水轴流泵出水流道推荐采用井壁蜗壳混凝土流道，模型试验结果表明：该流道内流速较低、流态稳定、局部损失和沿程损失较小，而且井壁蜗壳混凝土流道可以尽可能的降低出水流道高程，大大提高了低扬程水泵出水流道的回收能量。
　　井壁蜗壳混凝土流道布置如下图所示：
　　
　　井壁蜗壳混凝土流道没有钢制定型流道，流道出水口高程可沿竖直方向根据需要进行调整，如果低扬程水泵（主要是潜水电机）结构高度过高，只需要将多余高度伸出导流罩即可。
　　可见，井壁蜗壳混凝土流道适用于大中型的低扬程水泵泵站尤其是潜水轴流泵型泵站，比干式水泵的改进型流道具有更强的可调整性，其缺点是土建结构相对比较复杂。
　　3、其他
　　通过对进水流道进行改进也能带来泵站水泵安装高程的降低，从而在不降低进水池底底板高程的情况下降低泵站出水流道高程。比如把低扬程水泵肘型进水流道改为钟型进水流道，通过模型试验优化进水流道，适当降低低扬程水泵进水喇叭口悬空高度等。
　　在难以采用改进型流道或采用改进型流道施工困难，且对效率要求不高时，低扬程水泵采用开敞式流道也是降低出水高程的一个选择。
　　对于一些运行小时数很低的小型排涝泵站，如果采取以上措施效果不明显且投资较大但经济效益不大时，也可以放任低扬程水泵出水流道口不淹没，高于出水口实际运行水位。
　　可见，需要进行低扬程水泵出水流道的布置时，办法还是不少的，只是需要根据具体工程情况予以取舍。