简要信息

【获奖类型】应用一等奖

【任务来源】中国水利水电科学研究院科研专项(2003年)

【课题编号】工集2003KF-10

【课题起止时间】2001年12月～2009年9月

【完成单位】天津水利电力机电研究所

【主要完成人】张志民、张力伟、赵志毅、张承宏、唐利剑、蔡振东、郭  江、陈服军、许  涛、李万平

立项背景

我国地域辽阔，江河纵横，泵站是水利工程灌溉排水、城市防洪排水中的重要基础设施。据统计，我国现有各类固定泵站约50余万座。分布在全国各地的城市、农村和江河流域，担负着农业及城市灌溉排水、防洪排涝及工农业生产和城乡居民生活供水任务。固定式泵站都是按规划标准设计的，在正常情况下基本能满足当地灌溉、排涝的需要，但如遇特大洪涝或干旱情况，可能因水位过高或过低而不能正常工作，此时临时建泵站是不可能的，也是不经济的，通常会给国家和人民生命财产造成重大损失。例如，1998年的特大洪水和2000年的特大干旱，许多泵站都无法正常运行。近年来，随着城市建设的发展，城市交通道路的立交桥下、交通地下通道、机场以及城市一些局部地区，也常常因暴雨形成大量积水而影响城市交通和居民生活，有的已造成重大经济损失。因此，研发一种流动作业的车载式泵装置，就显得非常必要。这种泵装置自身带有动力(柴油机) ，装置整体放在挂车底盘上或装在集装箱内,使用时用汽车运到抢排或供水现场，不用时可运至仓库保存，从而体现了灵活作业的机动性和不同条件的适应性。

详细科学技术内容

（1）项目功能

车载式液压驱动泵装置是一个集泵、动力机、进出水管、起吊、运输等设备为一体、经高度集成的装置。本课题研制的车载式泵装置是将系统所有设备全部集成在一个汽车底盘上或集装箱内，其功能与常规固定式泵站相同，但解决了流动和快速作业问题。由汽车拖至需要的地方以实现移动，系统自带柴油机作为动力机，通过液压传动、液压马达驱动水泵，机组可自动升降安装。

（2）工作方式

固定式泵站大多采用电机驱动，大中型泵站一般采用双基础安装低扬程、大流量的轴流泵或混流泵，泵的安装对中调整要求很高。车载式泵装置中的泵如采用常规的驱动方式将无法实现移动快捷、安装方便的功能。本项目设计采用液压驱动水泵，驱动源与水泵间靠柔性橡胶液压管联接，液压马达设在泵的导叶体内且与转轮直联。这样，液压软管根据水泵机组升降的位置不同可任意调整，同时采用柴油机为原动机而不需要电力设施，把泵系统集成在汽车底盘上或装入集装箱内，并借助于汽车，以实现泵装置的移动。

（3）装置构成及工作流程

装置构成：轴流泵、液压马达、液压泵、柴油机、液压输送管、泵的升降机构、液压站、控制箱、汽车底盘或集装箱等。

工作流程：控制箱→柴油机→液压泵→液压站→泵的升降安装→液压马达→水泵抽水。

（4）关键部件的研发

①泵型的选择

本装置泵的水力模型选用自主开发的Ns700、Ns850轴流泵水力模型。该模型的开发曾获水利部科技进步三等奖，泵的效率高，汽蚀性能好。泵的进出口流道利用了CFD进行了数字模拟计算，并对其进行了优化。

②高速、大扭矩液压马达的研制与开发

本装置的轴流泵，其流量在1.5立方米/秒以上，轴功率为105kW，要求液压马达排量大、压力高、转速高，目前在国内没有成熟产品，我们为本项目自主研制了大排量(560ml/r) 、大功率（120kW）、高转速（600r/min）的斜盘式轴向柱塞液压马达。由此研制的液压马达为国内首创。

③大排量、高压油泵的研制

为了与液压马达相匹配，自主研制开发了新型直齿共轭内啮合齿轮油泵，即在原NB5-G125F双级高压泵的基础上，研制开发了NB5-G250F型大排量(250ml/r)、高压力（25Mpa）的油泵，满足了液压马达的工作要求。由此研制的高压油泵为国内首创。

④液压马达与转轮直联结构的设计与研制

设计开发大功率高速液压马达与轴流泵转轮直联并驱动水泵工作的新型结构。新型马达体积小，同时可以承受水泵的轴向力，因此可以放置在水泵的导叶体内直接驱动水泵转轮，省去了轴承箱、联轴器、密封等部件而简化了结构减轻了重量，缩短了转轮的悬臂长度而改善轴承受力，以及流道的不干涉而减少了流道水力损失。该结构已申请国家专利。

⑤液压站控制系统及液压油箱的热平衡计算

液压站的控制系统也由本单位自行研制、开发和生产。液压站控制系统同时控制马达，驱动泵的升降和调速等。

液压油箱经热平衡计算，由柴油机附带的自吸泵通过输送液体至冷却油箱，控制油温<70°。

⑥泵的升降机构设计

液压卷扬机通过钢索和导轨使泵从平卧于底盘至与地面呈0～75°斜度内适应现场条件就位自锁。

⑦高强度橡胶输送水管的研究

研制了700mm直径的橡胶软管，耐压0.3Mpa, 抗拉力为6000kg，抗折皱次数为6万次, 该参数的橡胶软管在国内未见报道。

发明及创新点

（1）在国内率先提出液压马达驱动水泵的驱动方式, 研制出单台流量1.5立方米/秒及以上的车载移动式液压驱动的轴流泵装置，而且整体液压驱动轴流泵装置全部集成在共同的底座上，可由专用挂车移动或由吊车整体移动，实现了大泵机组的移动功能，并且液压驱动部分与轴流泵可以分离15～20米使用。自带柴油机驱动，不需要固定式泵站所需的土建、电力、闸门等固定设施。

（2）开发研制大功率高速斜盘式轴向柱塞液压马达与轴流泵转轮直联并驱动水泵的新结构。新型马达体积小，同时可以承受水泵的轴向力，因此可以放置在水泵的导叶体内直接驱动水泵转轮，省去了轴承箱、联轴器、密封等部件而简化了结构，缩短了转轮的悬臂长度而改善了轴承受力。此外，流道不干涉，减少了水力损失。　

（3）自主研制了大功率（120kW）高转速（600rpm）斜盘式轴向柱塞液压马达和大排量(250ml/r)、高压（25MPa）油泵，满足了大流量轴流泵的配套要求,研制的液压马达和高压油泵均为国内首创。

（4）自主研制的大口径(直径700mm)高强度橡胶输送软管，研制的700mm直径的橡胶软管，耐压：0.3MPa, 抗拉力：6000kg，抗折皱次数：6万次, 上述参数的橡胶软管在国内未见报道。

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

本装置以流动作业为目的，它别于一般的移动式泵房（如浮船式、缆车式泵房等），是一种集水泵机组、管道、起重和运载装置于一体的具有高度机动性的新型灌排设备。国外美国MWI公司研究液压驱动的移动式泵车的时间较早，从公开的宣传资料看和本项目相似，但其流量仅为1m3/s左右。通过国内外查新表明，国内外未见到达到本项目流量1.5m3/s，扬程2～7m且采用大功率液压马达与水泵转轮直联结构驱动的移动泵装置。

成果应用情况及社会经济效益

（1）成果及产品应用情况

    ①2003年应用在小汤山非典医院的防洪排水；②在北京市水利局河湖处“元大都遗址修复工程”小月亮河清淤排污工程中运用，运行27天，排污水150多万m3；③在北京玉渊潭八一湖北湖清淤排水10万m3；④在南水北调中线工程北京段西三环路下涵洞排水中，3天排水30万m3；⑤2008年奥运会排水预案，备战在北辰立交桥下。

已推广销售到：①北京水务局防汛系统,车载移动泵装置1台；②北京市政工程管理处,集装箱型1台；③大港油田，集装箱型2台套；④天津市水务局防汛系统，集装箱型移动泵装置1台；⑤首都机场，2台套；⑥河北沧州滨海开发区水务局排涝，集装箱型移动泵装置2台套；⑦福建侨龙专用汽车有限公司全液压泵车,液压驱动泵3台。

（2）社会经济效益

项目形成的产品共售出11套,销售额350万元。

车载泵