肖冠英
摘要通过样机实践说明潜水传动的全贯流式水轮泵是经济而有成效的。据此跳出蓑臼新设计出垒贯流综合利用高水头比水轮泵为节能节水农业喷灌和发电服务。

关键词：全贯流 同步带潜水传动 高水头比综合利用水轮泵
一、前言

本机半潜传动带机房上地轴的三角带轮。三角带出水面时夹带水幕升高约0．5m下落，绕过三角带轮时则飞溅水花用罩防护轴上另装3只平带轮．一带装在干井内的自行设计生产的16ZW一70型轴流泵，h一5m，q=3601，s，灌溉站边水田l500亩；二带***锯木机或碾米机，交互使用，三带20kW发电机供潘墩村照明。但因潮信每日滞后0．8小时，一太阴月有近z／3夜晚上灯时间遇上涨潮时段无电照明。这台全贯流综合利用水轮泵在潘墩村自1959年初一直运行至1962年接近4年后，困 三角带磨损而严重打滑．终至无法运行。这时电 网已至潘墩，且特长的三角带鸭买不易，终于放弃综合利用，仅装机泵同轴的水轮泵***灌溉之用。自此之后迄今过了35年，几被遗忘无人问津了。这几年因参与低水头电站和潮汐电站机组的修复改造和设计等工作．对常规的轴伸式和竖井式贯流机组，深感其结构复杂机组及枢纽结构造价过高．是低水头水力资源开发和潮汐资源开发的难点所在。君不见在50年代先后起步的农村水电站建造，40年来一直方兴未艾．棋布垦罗，推进了***农村电气化；而潮汐能在l955年起在闽江末游感潮区建成潮汐水轮泵站群，发展农业灌溉兼及综合利用，尔后大跃进期间沿海又兴建不少小型潮汐电站．但至今已残存无几。即80年代建成的浙江江厦潮汐电站和继起的福建平潭幸福洋潮汐电站．前者至今犹子然一身．后者反复大修未能正常运行，十多年来无新站后继。至于水头特低的大站如描安坂中站的轴伸贯流机(H=3m．D=2．1m，

装机3×500kW)建成之后带病运行，且出力不足。以致福建同行对此贯流机组，不无戒惧。***前中期兴建的大塑综合利用水轮泵电站，至今都老化面临技改的考验。特别在当前农业经蕾上规模，要求发晨节水喷灌的新形势下，对低承头高扬程新水轮泵技术尤基得关注．现已有不少水轮泵电站遗切要求技改，但却方案难定。
二、用同步豢取代三角带
细考前述的垒贯机组，实践已证明它的结 构至篱。重量量轻，效率不低．存在的问题：一是三角带．现已可改用同步(齿)带．这种带内i带齿所以纛齿轮一样传动比固定不打jI|；它的传葫效奉膏达98～99。比三角带的92~95高出3—7。而传动无嗓声无损于水电站的宁l它的不需润jI|，维謦简易，谓换传黄比方便等又优于齿轮。另外同步带由氯丁糠麓翻成。耐奠耐碱，如泡在海水里也不会变质，面且求是糠度的良好润滑荆．反面可t少带的撮．且翦毳凰宁t生产的周步带，大誊每秉传递功率已逾100kW，一个转轮上装两条时可传输200kW左右。而新塑的高转矩同步带传递功率已达400kW．

全贯流式水轮机适于潮汐电站和低水头电站使用，已逐为人们所认识。它的结构有两种主要型式。一是水轮机转轮外缘有四环兼作电机的转子链轭．其上嵌有多对磁撅，所以是机、电共转子，转子外是定子是为机电一体式；另一 外环不是电机而是皮带轮或齿轮增速传动是为机、电分立式。后者尤适于容量500kW以内使用．但是全贯流机组因为转子外环直径大、线速度高，密封非常困难。国外也只有象瑞士爱雪·维斯公司依靠专利技术生产，售价很高．维修也 难。这种水轮机在我国至今尚无产品。

l958年哈工大曾设计试验***贯流式水轮机，是属后一类型的转轮直径800，环外奠嵌一三指带轮．但周两蛸密封技术没过关，未见投入运行。当年福州市郊正好新建潘墩汐扬水、加工、发电站，需要1套水轮泵综合耐用机组，委托我们设计并要求交由站方所在地的围侯县农具厂生产。鉴于当年该厂设备简陋，技术薄弱，要解决至今尚属高难度的外环密封技术实不可能，在“打破常规解放思想”的太跃进形势鼓舞下．就摆脱前人窠臼，不加密封适让外环泡在水内运行。认为液体摩擦损失不至大于两端固态密封的摩擦损失。因为水的粘滞性很小，液体摩阻自然也小。参照高比速混流泵叶轮的前盖板和混流式水轮机转轮的下环也是在水流充盈的内腔运行，其效率都很高，外环充水的全贯流机工况与此酷似，足见其摩擦功率损失是小的。诚然摩擦功率p~ocna,如使设计工况的单元转速nj尽量取小些，则摩擦功率可更小些·而增速传动n；取小点无碍大局。按该站水头随大、中、小潮而大不相同。一般利用水头变幅在0．8～2．5m之间，有时大潮可至3·5m。当年用自行研制的ZD88型三桨叶转轮取DllOOcm，nj=160r／rain，Q一1·6m’／s，并取HI·6m为设计点·这时n=200r／rain，Q2m’／s·Pt26kW，当H2-5m时，园n：／使Q；／·Q2-im／s，P【42kW。至于Hmin0-8m时，虽仍可电9kW·但频率低于50Hz·当年电网未到，只供照明，尚不碍事·

这台机转轮外环开8道槽装特长的D型三角带半潜传动机房上的地轴a转轮外环两端包含在前后锥管内，锥管是过中线水平剖分的用螺栓把合。前锥管内具8片固定导叶并支撑 着中间进水锥；后锥管带6片流线形叶片支撑着泄水锥。1支铸铁管轴枕于进出水锥上，管轴上附着8片径向瓦，转轮套在径向瓦上旋转，转轮毅后面磨光兼作镜板，管轴后方具礤状体上衬6片止推瓦，承受轴向推力，轴瓦均为龙眼木刨制的。本水轮机除紧固件外只lO个零件，全重才1．1吨。仅常规的同容量的zD760一LM一100型轴流式水轮机全重的五、六分之一，又全是铸铁件，故其造价特低。
本全贯流机采用正吸程明槽式安装见图 l，机后接舌型尾水管长(6～7)D，断面由圆渐变至圆隅矩形，管轴依次递降，断面递增至出口为进口之4倍。前池后以矩形喇叭口渐变至圆形与进水锥管相连。口外为眨耳闸，有动静两橱板，重合时为全开，差开时为全关，自全关至全开只移动上下一个栅距．甩以调节流量是方便的。

三、潜水传动的液俸摩攘损失功率探讨
1．对比分析
图2中的a和b是混流式水轮机有下环的HL310塑转轮和无下环的D93塑转轮；以及c和d是混滤式水泵有前盏板的26HB一如塑叶轮和无前盏板的BX350--6塑叶轮的结构示意图。它们的比转速相近，但公称尺寸不同．先接相似律各换算到lm直径和lm水头(或扬程)下的性能n：和Q：。再用比尺效应的Moody公式；统一将模壅效率换算至直径各为lm对的效率 值．得参数如下表：

从以上比较参照图2，a为有下环转轮运转于转 轮室问酸下，c为有前盖板的叶轮运转于涡壳内．两者的问隙和空问都为压力水所充盈，而彼此的效率都>90．其中C的运行工况和全贯流机外环潜水运行至为相似，据以推断同步带潜水传动的全贯流机效率将与其不相上下。
2．初步理论分析
水泵叶轮圆盘(含前盖板)或水轮机转轮下环的摩擦损失功率Pt与有技功率P。的比值比转速n。的关系式，按《机械工程手册)14卷泵 篇：

可见比值是很小的。由于n．>500的水泵叶轮或水轮机转轮不再有前盖板或下环，因此象带外环的全贯流转轮不复有现戚实验可资佐证。不过Pr／P。比值既随n。之增大而减小，则全贯流QGD3M转轮I1．=780按以上公式计算P／P。比值只0．15，外环充水运行摩擦功率所占分量很小．于此可以略见梗概，自然也增强了对同步带潜水传动可行性的信心。
四．应用实例
全贯流水轮机的结构与前述样机近似，但上下部前后半锥管是整体的，以保证同轴度。转轮是QGD3M塑，技术参效选取n}=150Q；=2．5m’,Is适用水头1～4m。转轮外环带齿，两端牯套聚四氟乙烯口环，管轴固定在进水锥
内，引用悬臂结构，径向和止推瓦均用聚四氟乙烯，以过滤的清水润滑。转轮和同步带传动齿轮

。。。

详细请参考PDF文档：同步带潜水传动全贯流综合利用水轮泵