立式轴流泵在防洪工程中的应用与性能优化研究

摘要：防洪工程是保障人民生命财产安全、维护社会稳定的重要基础设施。本文基于立式轴流泵在防洪工程中的实际应用案例，结合高邮市环邮泵业有限公司的专利技术和项目业绩，深入探讨了立式轴流泵在防洪工程中的应用现状、性能特点以及优化方向。通过分析立式轴流泵的工作原理、结构特点及其在防洪排涝中的关键作用，提出了性能优化的策略和建议，以期为防洪工程中立式轴流泵的选型、设计和运行管理提供参考。

关键词：立式轴流泵；防洪工程；性能优化；专利技术；项目业绩

立式轴流泵作为防洪排涝工程中使用较为普遍的一种设备，具有流量大、扬程低的特点，在农业排灌、城镇排涝以及水利工程中占据着重要的位置。本文从立式轴流泵应用在防洪工程中的应用实例出发，通过高邮市环邮泵业有限公司的专利及工程业绩实例，围绕泵的各项性能指标进行合理优化，对防洪排涝工程中立式轴流泵的选择、设计及运行管理等方面提出科学合理的论证。

1立式轴流泵的工作原理与结构特点

1.1工作原理

卧式轴流泵是按照空气动力学中的机翼原理对流体产生升力的机理进行开发设计，叶轮在水中旋转，依靠叶轮的转动使流体获得动量沿着泵的轴向流动。卧式轴流泵主要通过泵站机房内的立式电动机驱动叶轮旋转，进而将大量的水流（高流量、低扬程）提升，其功能主要有排涝、调水蓄水等。若叶轮在额定工况下（如900ZLB-135型水泵配套电动机的额定转数接近980r/min）旋转，则由于叶片型面流线图结构的不对称性在流场中产生压强差，叶轮后部流线流速快（低压区），在叶背形成压力推动力，在流线前部流线流速慢（高压区），在叶面形成压力阻力，在这种不平衡的压强差的夹持下形成叶背流线向下流动，叶面前流线向上流动的轴向升力力场（“升压效应”）。流线的流动过程是一个典型的三元非定常过程，在叶片的入口、出口边附近会形成脱流涡系，专利（CN109185160B）对叶片的进出口角进行改良优化（进口角由35°调整为32°，出口角由28°调整为25°）而形成的脱流损失较少。流经泵时流体在泵内的转换可分为三个过程：叶轮区，流体获得动量（从叶轮进口的3.2m/s动量值至出口处流体的动量为5.8m/s）；流经导叶体后，动量转变为压力能（压力增加约为3.8m水柱）；流经导叶体后的流体再流向出口，在流线型结构收缩，推动泵体内部流体内的动量实现能量的再利用。另外，由于700ZLB-160型泵是闭式叶轮（即叶片与前后盖板整体焊接在一起）（和开式叶轮相比，开式叶轮之间是开口焊接，叶片与泵壳之间有一段间隙泄漏），在相同的工况条件下其扬程较稳定（叶轮与泵盖之间泄漏间隙控制为0.3～0.5mm）。

1.2结构特点

立式轴流泵主要由叶轮、泵轴、轴承、密封、泵壳等构成。叶轮是泵的关键部位，主要由叶片、轮毂体、叶片压板等构成，决定泵的关键参数。泵轴采用整体锻造，强度大、刚性好，轴颈部分采用特殊处理方式，提高耐磨性及寿命。密封部分采用分半制作，方便维修及填料更换，保证泵房干爽清洁。

2立式轴流泵的性能特点与优势

2.1大流量、低扬程

由于立式轴流泵的输送流量大、泵扬程小的优点，在防洪排涝的工程建设中可以保证输送量的需求。立式轴流泵作为立式水泵泵型中的一种，在泵的运动过程中可以产生很大的水推力，从而满足多种工况的不同排水要求。当受到洪水的威胁或是进行排涝作业时，都能够利用立式轴流泵高效的输水能力，保证防洪工程的顺利运行，并使防洪工程避免遭受不必要的损失。

2.2高效节能

除了水平轴流泵以外，在立式轴流泵方面，也有较强的优势。因为立式轴流泵在水泵的结构参数得到优化以后，其泵壳能够实现更加理想的水泵性能，在泵体高速进行水流输送的过程中能够拥有更低的能耗和运行成本。而在智能控制系统的有效运用下，立式轴流泵能够实现智能化的泵体调节。通过智能控制系统对转速参数和流量参数进行适时合理地控制，实现节能的预期目的。

2.3运行稳定可靠

立式轴流泵主要是保证所用的工艺及材质较高，从而确保泵组可长久正常工作。同时，保证泵组中所用到的叶轮、泵轴等相关零件经过高强耐磨处理，能适用于泵组工作中的恶劣工况，从而保证泵组拥有良好的稳定性，降低故障的发生概率，减少维护消耗，保障防洪工程中可以长久运行。

3立式轴流泵在防洪工程中的应用与性能优化策略

3.1项目应用与概述

兴化市城市防洪工程管理处立式轴流泵项目已正式下发中标通知书，高邮市环邮泵业有限公司为其提供14套立式轴流泵及附属配套设备。其中包含900ZLB-135/12-130kW立式轴流泵三台套、700ZLB-160/8-75kW立式轴流泵六台套、500ZLB-100/6-45kW立式轴流泵五台套。中标后，我公司严格按照项目要求，组织相关泵站闸站水泵机组的拆除、安装、调试、试运行工作，经过测试，各项性能指标达到招标方要求，机组运行平稳，电流正常，噪声低，产品质量和服务符合合同约定要求。本公司具备“一种高效抗回流的轴流泵及其使用方法”的发明专利（专利号：ZL201811147251.1），采用该项专利技术，对泵体结构、叶轮结构进行优化改进，有效提升立式轴流泵抗回流性能及立式轴流泵使用效率、降低能耗与运行成本，在防洪工程中可以有效提升泵组稳定和运行可靠，减少故障率，延长泵组的使用寿命。

3.2立式轴流泵在防洪工程中的性能优化策略

3.2.1变速调节优化

变速调节是立式轴流泵调节性能的主要方法之一。立式轴流泵通过调节泵的转速能调节立式轴流泵的流量、扬程、功率等运行参数，适用于不同的排水工程条件。在实际生产中多采用变频调速来达到泵的变速调节。变频调速通过改变电机输入频率从而控制电机转速，带动泵轴、叶轮的转速变化，响应快、调速范围大、节能性较高。结合防洪工程的实际情况，可以通过变频调速来实现对立式轴流泵转速的调节。例如雨量较大、水位较高时，可通过变极调速来提高转速，或在降雨初期雨量相对小、水位低时适当降低转速，进而完成立式轴流泵的变极调速功能。

3.2.2变角调节优化

立式轴流泵由于其叶轮多采用变角叶片，所以立式轴流泵变角调节也为其泵组高效运行及优化提供了灵活性。通过调整立式轴流泵叶片角度来改变其流量、扬程及效率等性能参数。根据工程防洪排水需求及时对叶片角度进行变换，实现泵组运行性能的优化；此外，泵组变角可降低泵组能耗损耗；由于泵的性能参数通过调整叶片角度便可进行迅速转变，所以改变叶片角度以保证排水需求，更有利于立式轴流泵的灵活性；叶片角度可通过机械机构及液压系统实现自动或人工调节，同时叶片角度的变化和泵性能可通过传感器及控制系统及时检测其变化，保证叶片角度调节的准确可靠。

3.2.3密封与耐磨性优化

立式轴流泵的关键在于密封件和耐磨性，因为防洪工程建设中所用的立式轴流泵长期运行的环境决定了其必须有高的工作荷载、高的湿度以及较大的负荷，如此恶劣的环境必须增强密封件和耐磨性。针对密封性，利用先进技术实施密封可以加强密封性，例如机械密封与填料密封。耐腐蚀、耐磨损是密封件密封性的重要体现，所以，要选用高品质的密封材料来提升其密封性。另外，从耐磨性来说，通常需要通过叶轮、泵轴等部件制造过程的改进来提升耐磨性，例如叶轮与泵轴应当选择高强度与硬度高温合金材料才能起到良好的耐磨效果，并且增强其抗腐蚀性，当然，另外还应当经常性地做好对泵的检修与维护。这样，才能够保证泵机运行更为长久。

3.2.4智能控制系统优化

对立式轴流泵结合智能控制系统实现远程监控和自动调节。立式轴流泵智能控制系统主要包括对泵的运行参数及运行状态信息（如转速、流量、扬程、温度等）等的实时监视，能够及时发现并处理异常情况，确保泵组的高效稳定运行。立式轴流泵智能控制系统主要包括传感器、数据采集模块、通信模块及中央控制单元，其中，传感器用来实时监测泵的运行参数及运行状态信息，数据采集模块将传感器采集的数据信息进行整理传输，通信模块将收集的数据信息传输到中央控制单元进行分析处理，中央控制单元根据分析结果对泵的运行参数进行自动调节或报警。在防洪工程中，可以结合需求自动调节泵的运行参数（如泵转速、叶片角度等），以达到节能降耗和合理运行的效果。同时，立式轴流泵的智能控制系统还可根据防洪工程需求与防洪工程其他系统（如水位监测系统、降雨监测系统等）实现联动控制，可以提高防洪工程整体的智能化及应急响应能力。

4结束语

立式轴流泵是防洪工程不可缺少的一部分。通过对立轴泵的工作原理、泵体结构以及在防洪工程中的应用进行论述，得出了对其性能的改进措施及建议。随着社会的发展，不断进行研究、创新，不断提高立式轴流泵的各项性能和应用效益，将对防洪工程安全、稳定运行与发展起到重要保障作用。

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