1 目前水輪泵站存在的問題
水輪泵是一種以水輪機為原動機，直接帶動水泵提水，把開發水力能源和利用所開發的能源于提水或加工等的全過程結合在一起的水力機械。其主要用途是提水灌溉農田，如果配上發電機或農副產品加工機械，在不灌溉的時候也可以進行發電和農副產品加工。其特點是水能利用率高，既不耗油又不耗電，灌溉成本低，可綜合利用于發電及加工。根據有關資料，水輪泵的問世已有 100多年歷史。我國水輪泵的研制始于 1938 年，上世紀 60 年代是水輪泵站大發展時期，60、70 年代我國興建了大量的水輪泵站，為我國農田水利灌溉發揮了巨大作用。
由于水輪泵站不耗油和電，而且環保，對解決山區丘陵的灌溉，水輪泵站仍然發揮著不可小覷的作用。那么如何在確保工程安全和灌溉的前提下，新建或擴大裝機容量，大力開展綜合經營，努力提高經擠效益，充分發揮工程效益，是水輪泵站改造面臨的重要問題。
2 改造前的青山水輪泵站
青山水輪泵站位于臨澧縣澧水中下游的新安鎮，是一座以提水灌溉為主，兼顧發電、航運等綜合利用的大型水利樞紐工程。樞紐工程座落澧水干流上，控制流域面積15 259 km2，多年平均流量475 m3/ s。其中，泵站樞紐建筑物有主壩、副壩、水輪泵站、電站、船閘等。青山水輪泵站是亞太地區最大的水輪泵站，安裝有 35 臺水輪泵，總功率11 500 kW。工程于 1966 年動工，到 1972 年主要工程基本建成，機組原生產廠為冷水灘機械廠。工程建設期間，實際完成工程總投資 1. 38 億元。由于設備運行年代較長，設備磨損、老化嚴重，已到更新換代的階段。
3 青山水輪泵站的改造
初步設計對青山水輪泵站的更新改造布置方案為在原水輪泵房下游約100 m處船閘右岸重建一裝機 5 ×2 400 kW水輪泵站，將原泵房加固后仍保持其原有的擋水與過洪功能。
3. 1 泵站機組總設計方案
根據已運行電站、泵站情況，結合目前新結構、新材料、新工藝的應用情況，確定選用的水輪機是 GD008 － WZ－ 295 軸伸貫流式水輪機，水輪機作為原動機，通過增速器 HGX270 增速后將轉速增速至水泵\\(發電機\\)需要的轉速750 轉/min，通過鼓型聯軸器與水泵\\(發電機\\)連接。增速器采用的是一個輸入端，兩個輸出端。增速器的 3 個軸處在同一平面上，兩個輸出端中，一個輸出軸與水泵連接，另一個輸出端與發電機聯接，增速器的兩個輸出軸通過換擋機構分別實現水泵抽水和發電的功能。整套機組的總體布置型式是:由進水方向到出水方向分別是水輪機、增速器、水泵、發電機，各組關鍵設備在同一平面層上，即同層布置方案。這種方案適用于運行水頭低、水輪機轉速低的水輪機組。采用齒輪增速后，使水泵處于需要的轉速上，同時為發電機采購提供降價的空間，選用小極數的發電機，可減少電站的設備投資。機組的水推力由水輪機承受，推力軸瓦、水導軸承瓦均采用巴氏合金，水輪機通過聯軸器與增速器、水泵、發電機連接。在水泵主軸的出軸端設置飛輪和剎車裝置，剎車裝置在機組正常停機或意外甩負荷時投入使用，保證機組的安全運行。
3. 2 水輪泵機組結構設計
水輪泵機組結構型式取決于水輪機和水輪泵的結構型式以及它們之間的連接方式。水輪機一般為軸流式或貫流式水輪機，多采用軸流式水輪機;水泵可選用離心泵、軸流泵或混流泵，以離心泵為主。水輪機與水泵連接可同軸直連或采用增速機構連接。
3. 2. 1 青山水輪泵站基本參數1\\) 單泵設計流量:3. 10 m3/ s2\\) 揚程:設計凈揚程 HP= 50 m設計總揚程 HzP= 60 m最低總揚程 Hzmin= 53. 1 m最高總揚程 Hzmax≥60 m3\\) 臺數、泵型:泵站裝機臺數 5 臺;泵型為中開式單級雙吸離心泵。
3. 2. 2 水輪機選型根據青山水庫基本參數及運行要求，首先確定了采用軸伸貫流式水輪機，與軸流定槳式機組相比，軸伸貫流式機組具有土建簡單、維護方便、投資省的優點，特別針對8 m以下的水資源而言，優勢更明顯。軸伸貫流式機組主要是為開發低水頭的水力資源、減少電站總體投資規模。
模型轉輪選擇的是原機電部天津電氣傳動設計研究所研制的軸伸貫流式轉輪。共有 GZ006、GZ007、GZ008 三種轉輪。就青山水輪泵站的水輪機而言，GZ006、GZ008都可以用，但綜合考慮適用水頭段，GZ008 轉輪更適合。
GZ008 轉輪具有過流量大、高效區寬闊、抗氣蝕性能指標優良的特點。
根據青山水輪泵站的水文參數，以及多年設計制造軸伸貫流水輪機的經驗，選用 GD008 － WZ － 295 軸伸貫流水輪機，水輪機參數為:轉輪直徑 2. 95 m額定轉速 136. 4 r/min額定輸出功率 2 502 kW設計點效率 89%3. 2. 3 水泵選型根據青山水輪泵站對水泵的性能參數要求，選型結果如下:
水泵型號及名稱:900S －60單泵設計工況:設計流量:Qp =3. 10 m3/ s設計揚程:Hzp= 60 m設計點效率:ηp= 87%額定轉速:n =750 r/min水泵與水輪機之間用齒輪增速箱聯接，齒輪箱速比 i= 5. 5。
3. 2. 4 增速器增速箱安裝在水輪機和水泵之間。水輪機與齒輪箱的輸入方式采用鼓形齒聯軸器，齒輪箱與水泵之間采用鼓形齒聯軸器，增速器采用行星齒輪加一級錐齒輪，一個輸入軸，兩個互成直角的輸出軸，且都位于同一中心平面，利用換檔機構可以輕松將原動力分別傳送到兩根輸出軸。運動和扭矩首先由水輪機傳至齒式聯軸器，然后經行星架、行星輪 － 太陽輪嚙合副及行星輪 － 內齒輪嚙合副，驅動中間軸，再通過換檔機構驅動高速軸實現輸出。齒輪箱與水泵之間采用鼓形齒聯軸器，即可驅動循環冷卻水泵工作。齒輪箱應保證在任何工況下，自動均載性能良好。
行星輪、太陽輪、錐齒輪、錐齒軸采用 20CrNi2MoA，滲碳淬火磨齒，精度不低于 GB/T10095 －2001 六級，表面硬度 58 ～62HＲC;內齒輪、浮動齒套、高速軸、低速軸采用42CrMo，調質處理;采用進口 SKF 或 FAG 軸承，箱體材料球鐵或鋼板焊接。
齒輪箱采用強制噴油潤滑。潤滑油系統由儲油箱、冷卻器、過濾器、潤滑油泵、加熱器、壓力變送器、壓差變送器、管道、閥門、油箱溫度控制和相關測量儀表組成。工作時，油液由電泵從油箱吸出，經單向閥、過濾器、冷卻器等被直接送到齒輪、軸承潤滑點，潤滑油管路組件的設計確保當管路系統工作在 0. 2 ～0. 4 MPa的名義壓力和 50℃的最高油溫條件下的時候向減速齒輪箱連續地供油。根據潤滑點的要求，通過調節安全閥確定使用壓力，當系統的壓力超過調節壓力時，安全閥將自動打開，部分油液流回油箱;正常工作時，油泵一臺工作，一臺備用;若設備耗油量由于某種原因需要增加或管路泄漏時，則系統壓力將會下降，當下降到調定值時，通過壓力控制調節，備用泵自動啟動，與工作泵一起工作，直到壓力正常時，備用泵自動停止;若油壓繼續下降到另一更低調定值時，則通過另一壓力控制器發出事故警報，并停主機。
4 泵站改造后運行情況
青山水輪泵站已于 2010 年 6 月投入試運行，機組運行平穩，出水量達到設計要求，基本達到預期目標，相關設備的性能指標如運行平穩度、出水量等均滿足了預期的性能指標要求。改造后的機組綜合效率由原來的不到55%，提高到 75%。
5 結 論
青山水輪泵站的改造，總體而言是成功的。該水輪泵站是一種新型的水輪泵站，采用的水輪泵機組是水輪機、水泵、發電機、齒輪箱創新組合，具有抽水量大、發電量大、綜合效率高的優點，對國內大量的水輪泵站改造有非常好的借鑒意義。
［參考文獻］
［1］ 翁愛和 . 水輪泵的技術發展［J］. 水輪泵，1994\\(1\\):1－ 7.
［2］ 阮國仲 . 向陽水輪泵站 BS100 － 8 型水輪泵結構的技術改造［J］. 水輪泵，1995\\(1\\):19 －21.
［3］ 阮國仲 . D100 － 8 水輪泵運行中的問題及技術改進［J］. 水輪泵，1999\\(1\\) :20 － 20.
［4］ 張秀根，趙維民 . 甘溪水輪泵站發電機組更新改造增效益［J］. 湖南水利，1995\\(3\\):41 －42.
［5］ 黃樹春 . 水輪泵站改水電站問題的探討［J］. 農田水利與小水電，1994\\(8\\):35 －38.
［6］ 紅安 . 青山水輪泵站———我國規模最大的水輪泵站工程［J］. 水利天地，2010\\(2\\):41.
