轴流泵叶片角度优化调整在全红河泵站排涝能力提升中的应用研究

摘要：随着城镇化进程加快与极端天气频发，原有泵站排涝能力不足问题日益凸显。本文以扬中市新坝镇全红河泵站排涝能力提升工程为研究对象，聚焦轴流泵叶片角度调整这一核心技术手段，结合工程设计方案与流量率定成果，系统分析叶片角度调整对泵站排涝流量、装置效率的影响，验证该技术在泵站升级改造中的可行性与有效性。研究结果表明，将32ZLB-100型轴流泵叶片角度从－ 4°调整至4°后，泵站设计排涝流量从8.5m³/s提升至12.3m³/s，实测单机流量偏离值控制在94.1%—102.9%之间，机组平均装置效率达56.0%，显著提升了区域防洪排涝能力，为类似泵站改造工程提供了技术参考。

关键词：轴流泵；叶片角度调整；泵站；排涝能力

1工程背景与现状

1.1 区域概况

扬中市新坝镇地处江苏省经济发达地区，是国内知名的 “电气岛”“光伏岛”，享有 “中国工程电气名城” 称号，区域经济活跃，产业特色鲜明。全红河作为新坝镇骨干河港，全长4.685公里，河道平均宽度13.7米，流经红联村、公信社区、永平村，是该区域最主要的排水河道，承担着13.12km²范围内的雨水排泄任务，其南端的全红河泵站更是区域防洪排涝体系的关键基础设施。

全红河泵站始建于20世纪70年代，2014年曾进行更新改造，原设计排涝流量8.5m³/s，配备6台32ZLB-100型半调节式轴流泵，单机流量约1.43m³/s，叶片安装角度为- 4°，配套90kW低压异步电动机，总装机容量540kW，设计净扬程2.75m。泵站主要功能为将圩区涝水抽排入江，同时兼顾引水改善水环境。

1.2 泵站排涝能力不足的成因

近年来，受城镇化发展与气候变化双重影响，全红河泵站原有排涝能力逐渐无法满足实际需求，主要体现在以下两方面：

一方面，城镇化进程改变了区域下垫面条件。随着全红河沿岸大量农田、湿地、河塘被改造为市政道路、企业厂房与居民小区，原有自然地貌的雨水调蓄功能大幅衰退。硬质路面、建筑物屋顶等不透水面积占比显著增加，导致地表径流系数增大，降雨后雨水下渗速率降低、汇流速度加快，短时间内河道来水量急剧增加，全红河排水压力骤升。

另一方面，极端天气事件频发加剧了防洪排涝压力。以 2021年7月台风 “烟花”为例，期间扬中市普降暴雨，新坝镇累计降雨量达309.3mm，为镇江地区最大值；同时遭遇农历六月十八天文大潮，外江高潮水位最高达7.24m，超警戒水位1.24m，内港水位同步抬高，形成“风暴潮”三碰头的极端不利局面。在此情况下，全红河泵站现有排涝能力不足的问题充分暴露，无法及时排出圩区涝水，对沿岸居民生命财产安全与企业正常生产造成严重威胁。

1.3 工程建设必要性

全红河泵站作为新坝镇防洪排涝的关键基础设施，其排涝能力直接关系到区域经济社会可持续发展。从民生保障角度看，泵站升级改造可有效减少暴雨、台风等天气导致的内涝灾害，避免居民房屋进水、道路被淹，保障群众正常生活秩序与生命财产安全；从经济发展角度看，新坝镇作为 “中国工程电气名城”，大量电气、光伏企业聚集，泵站排涝能力提升可降低企业因内涝停产、设备受损的经济损失，维护区域产业稳定发展；从生态环境角度看，通过泵站改造与水系连通，可加速水体流动，改善周边区域水环境质量，提升人居环境品质。因此，对全红河泵站进行排涝能力提升改造，既是应对当前排涝困境的迫切需求，也是保障区域长远发展的必要举措。

2工程设计方案

2.1 核心设计思路创新

2.1.1 轴流泵叶片角度优化调整

原泵站32ZLB-100型轴流泵叶片安装角度为- 4°，单泵设计流量1.43m³/s，无法满足当前排涝需求。通过对不同叶片角度（-4°、0°、+2°、+4°）的实际运行测试，发现叶片角度调整对流量影响显著：角度从- 4°增至+ 4°时，水泵过流能力逐步提升，且运行稳定；若角度超过 + 4°，水泵运行噪音增大，效率明显下降。综合流量提升目标与设备运行稳定性，最终确定将叶片角度调整为 + 4°，调整后单泵设计流量提升至 2.05m³/s，6台机组总设计排涝流量从8.5m³/s提升至12.3m³/s，可有效应对区域内涝问题。

2.1.2 电气设备配套升级

叶片角度调整后，水泵轴功率增加，原90kW电机与800kVA变压器无法满足运行需求。经实际负荷测算，6台机组满负荷运行时，总功率需求大幅提升，因此将电机更换为132kW型号，总装机功率从540kW增至792kW；同时配套更换变压器，选用1250kVA干式变压器，确保供电稳定[1]。

为减少电机启动时对电网的冲击，采用软启动方式，避免传统直接启动带来的电流波动；在低压侧配置400kVAr电容补偿装置，通过手动与自动结合的投切方式，将功率因数稳定在0.9以上，降低电能损耗，保障电气系统高效运行。

2.1.3 水力与电气系统匹配协调

在叶片角度调整与电气设备升级基础上，重点确保水力系统与电气系统的匹配性。通过现场测试，验证叶片角度调整后，水泵在设计扬程2.75m工况下的运行状态，确保流量、扬程参数与电机功率、变压器容量相适配；同时，制定简单易懂的运行操作规程，明确不同水位下的开机台数与叶片角度调整要求，方便工作人员日常操作，避免因系统不匹配导致的运行故障。

2.2 关键技术设计

2.2.1 轴流泵叶片角度调整工艺

角度精准控制：采用专业角度测量仪（精度±0.2°）实时监测叶片角度，调整时以叶片轮毂刻度为基准，通过人工微调叶片位置，每调整一次便用测量仪复核，直至角度准确达到+ 4°。调整完成后，用扭矩扳手将叶片紧固螺栓拧紧，扭矩控制在80-90N・m之间，防止运行中螺栓松动导致角度偏移。

叶片维护处理：对存在轻微气蚀、磨损的叶片，先进行表面打磨，去除破损部位，再喷涂耐磨涂料，厚度控制在0.2-0.3mm，增强叶片耐磨性；对叶轮轮毂与泵轴配合面进行除锈处理后，涂抹防锈油脂，减少运行中的磨损，延长设备使用寿命。

试运行验证：单泵叶片调整完成后，进行单机试运行，通过流量计测量实际流量，确保单泵流量偏差不超过设计值的±3%；待6台泵全部调整完毕，进行整机联动试运行，测试总排涝流量与运行稳定性，确保满足设计要求。

2.2.2 电气系统安全保障

过电压防护：在10kV进线端装设避雷器，防止雷电侵入波损坏设备；在变压器低压侧加装浪涌保护器，进一步提升电气系统抗过电压能力，保障设备安全。接地系统完善：采用环形接地网设计，水平接地体选用60×6mm镀锌扁钢，埋深 0.8m；间隔5m设置一根φ50×2.5m镀锌钢管作为垂直接地极，通过接地电阻测试仪检测，确保接地电阻小于1Ω，有效防范触电风险。

2.3 施工组织安排

工程施工分为准备期、主体工程施工期与完建期三个阶段：

准备期（2025年6月中旬- 8月上旬）：主要完成施工图纸会审、技术交底、原有设备检测与清点、施工材料与设备采购等工作，确保施工前各项准备就绪。

主体工程施工期（2025 年9月中旬-10月中旬）：核心工作为轴流泵叶片角度调整与电机、电气设备更换。首先拆除原电机与电气设备，对6台32ZLB-100 型轴流泵进行解体检查，对叶片或水泵轴存在气蚀严重等问题则进行更换，否则并调整叶片角度至4°；随后安装新电机与电气设备，进行接线、调试，确保机组运行参数符合设计要求。

完建期（2025年10月下旬）：完成场地清理、测量、施工资料整理归档、制度牌与标识牌安装等工作，组织工程验收。

整个工程施工工期为4个月，严格按照进度计划推进，确保在按期完成改造并投入使用。

3流量率定结果与分析

3.1 流量率定方案

为验证全红河泵站改造后的实际排涝能力，我们委托相关资质单位于2025 年10月对泵站进行流量率定测验。测验期间，每10分钟人工观测一次水位，测流时加测水位[2]；流量测验采用走航式 ADCP，控制船速≤水流速度（断面流速较小时不超过 1m/s），单次测回流量误差不超过5%，共进行21次流量测验，涵盖 1-6台机组不同组合运行工况。

3.2 主要测验结果

3.2.1 水位与流量成果

测验期间，全红河泵站进出水口水位差范围为3.13m-3.87m，符合设计净扬程条件。不同开机台数下实测流量如下：1台机组运行时，实测流量约 1.93-2.11m³/s，接近设计单机流量2.05m³/s；2台机组运行时，实测流量约 3.98-4.12m³/s，与设计双机流量4.10m³/s基本一致；6台机组满负荷运行时，实测流量达11.7-11.9m³/s，接近设计总流量12.3m³/s，排涝能力提升效果显著。

3.2.2 单机流量偏离值

根据实测单机流量与设计单机流量计算偏离值（δ=Q实/Q原×100%）[3]，结果显示偏离值变幅范围在94.1%-102.9%之间，其中多数测次偏离值在95%-100%之间，表明调整叶片角度后，水泵实际出流基本达到设计要求，叶片角度调整方案合理有效，未出现明显流量偏差。

3.3 结果验证与结论

流量率定结果表明，全红河泵站通过轴流泵叶片角度调整与配套设备改造，实际排涝流量达到设计目标，单机流量稳定性好，机组装置效率满足运行要求，工程改造达到预期效果。叶片角度从 - 4°调整至 4°的技术方案科学可行，能够在不改变泵站主体结构的前提下，显著提升排涝能力，为应对区域内涝问题提供了可靠的技术支撑。

4结论与建议

全红河泵站通过32ZLB-100型轴流泵叶片角度从- 4°调整至4°，结合配套电机与电气设备更换，实现了排涝流量从8.5m³/s至12.3m³的提升，排涝能力提升44.7%，流量率定结果验证了技术方案的可行性与有效性。

轴流泵叶片角度调整技术具有投资少、工期短、见效快的特点，能够在不改变泵站主体结构的前提下，显著提升排涝能力，适合同类老旧泵站的升级改造。

工程实施后，社会效益、经济效益与生态效益显著，有效保障了区域防洪排涝安全，维护了经济社会稳定发展，改善了水环境质量，为地方水利基础设施改造提供了可借鉴的范例。

参考文献：

[1] GB50265-2010，泵站设计规范 [S].

[2] GBT50138-2010，水位观测标准 [S].

[3] GB50179-2015，河流流量测验规范 [S].