近年来，我国开发出了一系列高性能低扬程泵的水力模型，其性能指标已达到国际先进水平。但忽视了对大泵机组结构功能的研究，有些泵站机组结构功能设计选用不合理，经常发生故障，个别泵站甚至建成数年一直不能正常运行，影响功能的发挥。在即将开工兴建的南水北调等重点工程泵站的建设和20世纪60～70年代建设的大型泵站更新改造中，应特别注意对泵机组的结构功能的研究，有必要对我国大型低扬程水泵机组结构功能特点进行分析和比较。
1、大型低扬程水泵机组基本结构形式
1.1、水泵结构形式大型低扬程水泵大多采用轴流式叶轮，仅有6HL、3HL、1400HL216等少数几种泵型采用混流式叶轮。叶轮直径D=1.20～5.70m，单泵流量Q=5.0～97.5m3/s，配套功率N=500～7000kW，额定转速n=250～75r/min，单站台数2～20台。
大型低扬程水泵机组结构形式多样。按轴线形式，有立式（弯管式、井筒式、圬工式、双蜗壳式、箱涵式及抽芯式）、斜式（15°、30°、45°）和卧式（平面S式、水平轴伸式、猫背式及贯流泵机组）等。
立式弯管式水泵特点是有一60°金属弯管，在弯管上部和导叶体内设有2只导轴承，适用于叶轮直径D=1.20～2.00m的水泵。立式圬工式水泵的出水弯管用钢筋混凝土现场浇筑而成，泵轴穿出处设有密封，采用的水泵有D=2.80、4.00、4.50m轴流泵、D=2.85、5.70m双蜗壳式混流泵。立式井筒式水泵安装在现浇混凝土井筒内，所有部件均可由井筒吊入安装，上部金属泵盖与井筒配合形成弯管。其中，叶轮外壳、进水伸缩节及导叶体的下半部分裸露在水泵层的结构称半井筒式，目前有D=2.00、3.10m轴流泵采用；水泵全部包围在井筒内的结构，称全井筒式。立式箱涵式水泵是近年来发展起来的，它适用于内外水位变化频繁、高低交错的沿江圩区特低扬程双向双层流道泵站，这种结构上下层流道仅有一板所隔，可以提灌和提排，也可利用底层流道自流灌溉和排涝。在泵轴穿出上层流道处设有泵盖和密封，与井筒式相似。
SEZ系列混流泵采用了立式抽芯整体吊装式结构，这种结构适用于D≤2.20m的中型导叶式混流泵。
大型斜式和卧式水泵外壳部件一般采用铸钢或铸铁件，常做成上下对开式，以便于安装与检修。考虑到出水流道等站房结构布置，电机体积不允许过大，只能采用体积小、极数少、转速高的同步电机，需设齿轮箱变速。
1.2、电机结构形式我国采用同步电机，型式有立式电动机、立式可逆双速电机、立式双速电动机、斜式或卧式电动机等。斜式和卧式电机体积小，转速高，为整体式结构，安装简便，与水泵之间设有变速装置，电机不承受轴向水推力。立式直联电机体积大，出为分散式结构，需在泵站进行部件组合安装，安装要求高，技术性强[2].2800kW以上的立式电机在下机架上设有制动与顶车装置，5000kW及以上的立式电机推力轴承设有液压减载装置，并采用空气冷却器封闭通风结构。
2、大型低扬程水泵机组结构功能分析比较
2.1、安全稳定性轴流泵与混流泵整个流量范围内的特性差异很大。叶片角度一定，混流泵高效区宽于轴流泵。轴流泵接近零流量时，扬程和功率很大，约为设计值的2～3倍，且小流量区（高扬程）运行不稳定，起动扬程高、功率大，易振动，用闸门或快速闸门断流时，停机门体下降时刻和速度难以控制，容易造成闭阀运行而过载，或倒转飞逸，影响机组和泵站安全。混流泵Q—N曲线比较平缓，机组起动和停机断流比较容易。在扬程、过流面积、流速相同的情况下，导叶式混流泵叶轮产生的轴向水推力小于轴流式叶轮，电机推力轴承荷载较小。采用拍门断流的泵站，拍门长期浸没在水下，受出水的冲击摆动，门铰容易锈蚀和疲劳破坏而致拍门冲落，造成停机倒流；拍门关闭对流道出口的撞击力很大；出水池泥沙淤积阻碍拍门开启，容易造成机组起动过载（如江西八里湖泵站）。这些都会影响工程和机组安全。
进水流道（特别是双向进水流道）设计不合理，流态紊乱，容易形成涡带，加重汽蚀和振动；双向出水流道也容易造成机组振动[3]；虹吸出水流道挟气能力不够，容易长期存气，振动不止。
2.2、可靠耐久性（1）单站机组台数与容量。泵站装机流量一定，机组台数取决于单机容量。机组大，效率高，但站房基础开挖深。部件体积大，制造、安装、检修和运输困难，有些关键部件技术性能不过关。单站台数过少，运行保证率低。若仅设2台机组，1台发生故障后，抽水量仅为50%；若1台备用，则机组过大，造成浪费。相反，泵站装机容量小、台数过多，则运行管理不便，站房太长，占地面积大，前池和出水池开挖长度大，增加土建投资。
（2）水泵导轴承失效问题。巴氏合金导轴承承载能力大，但结构复杂，特别是水密封结构不可靠，大量漏水进入导叶体轮毂腔，容易进入油轴承，常常是机组还未到大修时间，甚至刚安装运行不久，由于浸水，轴承和轴颈严重拉毛、剥落，间隙增大，导致叶片碰壳。据江苏省江都抽水站不完全统计，所有大泵油轴承都浸过水，单站平均每年发生4.8次以上，10年内单泵最多发生18次之多[4].
非金属水润滑导轴承不存在浸水受损问题，但承载能力低，用于卧式和斜式泵时，工作荷载大，易因偏磨而损坏，寿命短。如浙江盐官下河斜15°水泵P24酚醛塑料轴承运行寿命只有数百小时；江苏新夏港斜30°水泵P23酚醛塑料轴承清水润滑，运行300h，轴承及轴颈出现明显偏磨和凹痕，运行500h，磨损0.5mm，停止运行，以防叶片碰壳。对大型斜式和卧式水泵，金属导轴承易浸水失效，非金属轴承寿命又短，故其可靠性和耐久性较差。
立式泵导轴承虽然工作荷载小，非金属导轴承采用河水润滑，或采用清水润滑，但密封结构不可靠时，河水中的泥沙进入轴承间隙，经轴颈的挤压嵌入轴承，磨损轴颈，被磨毛糙的轴颈反过来加速轴承的磨损，恶性循环，轴承磨损加剧，轴颈面层很快大片剥落，叶片间隙增大，造成叶片碰壳。
（3）水泵汽蚀。nD过大，安装高程过高，进水流道设计不合理，都会加重水泵汽蚀。翼型汽蚀和间隙汽蚀严重时，过流表面成蜂窝状，叶片边缘剥落，间隙增大，效率降低，甚至外壳穿孔，汽蚀处理频繁，影响机组的耐久性。
（4）电机故障。推力轴承是立式电机最关键的易磨易损部件，轴瓦烧损是常见故障，占电机故障的70%～80%.安装质量差、运行扬程高是直接原因，其根本原因是轴承过载和结构不合理。据统计，轴承荷载率ε>019时容易烧瓦，而ε<018很少出现烧瓦事故[5].
立式机组电机位置高，运行环境与通风散热条件好。采用自然空气靠转子磁轭上下风扇造成的压力或风机形成的真空迫使热空气从定子出风洞流出，外界冷空气经上下通风口进入补充，空气中的大量灰尘与油缸内润滑油因温度升高和扰动而汽化的油雾混合，积聚在定子铁芯线圈上及通风槽内，严重影响散热和绝缘，往往迫使电机提前大修，清洗工作量很大。
贯流泵机组长期浸没在水下，灯泡体内壁结露很难解决，环境湿度大，密封绝缘要求高，可靠性较差。
2.3、安装检修性大型水泵机组安装要素有高程、水平、中心、同心、摆度、轴承受力、间隙等[6].ZL13.5-8配1600kW电机、2.8ZLQK-7.0配TDL325/56-40电机等机组结构不合理，机组部件不能按正常程序安装，安装质量不能保证。斜式、卧式机组安装盘车困难，轴线摆度难以测量调整。贯流泵、箱涵式水泵、全井筒式水泵外部空间小，安装操作困难，水泵故障及汽蚀不易发现，检修需要拆卸电机和水泵的大部分部件，工作量大。立式圬工式水泵导叶体及以下部件需从泵站专用吊物孔吊入并经水泵层运输通道移至机坑安装，安装检修性差。
立式半井筒式水泵所有部件均可由井筒吊装，机组四周操作空间大，安装性好；打开井筒和泵盖进人孔可对导轴承检修或更换。拆开纵向对开式叶轮外壳，水泵叶轮完全可见。易损件拆装工作量小，检修费用少，检修性好。
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