济南大明湖百米旋转喷泉

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摘要:百米旋转喷泉在我国是第一次建造,介绍了该工程的概况及主要设备,并就泵型选择、喷头结构设计、旋转喷泉的动力及密封等问题作了探讨。

大明湖是泉城济南一著名旅游景点,湖光山色,景色秀丽。近期,大明湖公园在景区内建造了一组大型喷泉,使得大明湖更具动感和立体感。其中心主喷泉喷高超过100m,气势磅礴;旋转喷泉围绕主喷泉转动,喷射25m之高,交错飞舞;两组斜喷似彩虹,交叉喷射,飞越跨度28m。整个工程造型独特新颖,成为大明湖标志性景观。

1工程概况

大明湖是诸泉水汇集而成的天然湖泊,水面面积4.6×105m2,湖水深2m~3m,雨季和枯水季水位差约15cm。百米旋转喷泉就建在这样的天然湖泊内,控制室建在岸边,湖底埋设电缆线。整个工程于1998年10月投入运行。百米旋转喷泉的平面图见图1,喷泉剖面图见图2,主要设备见表1。

中心主喷泉喷嘴直径50mm,总高度2380mm,稳流箱直径1000mm(见图3)。喷嘴用铸钢制作,其余结构的材料均为a3钢。喷头内设一级整流器。潜水泵流出的水首先进入稳流箱,以改善水流条件。潜水泵采用卧式放置在水泵箱内,水泵箱上部设不锈钢网罩,以过滤水中杂质。用2台sp-215-6潜水泵供水。经实测,喷泉最大喷水高度达108m。

图3百米旋转喷泉示意图

旋转喷泉有2个直流喷嘴,用铸铜制造,喷嘴直径30mm,旋转臂长度4m,旋转喷头与sp潜水泵之间采用双支头整流器连接。旋转喷泉由电机驱动,电机功率5kw,采用变频技术对电机进行调速,以获得满意造型效果。用2台sp-160-3-1潜水泵向旋转喷泉供水,潜水泵放置在水泵箱内。经实测旋喷高度达25m,造型呈螺旋形状。

喷泉的基础全部采用钢管桩。中心主喷泉设备下打入6根300无缝钢管桩,两水泵箱下打入6根200无缝钢管桩。通过法兰,喷泉设备基座和水泵箱支撑在钢管桩基上。

潜水泵容量较大,采用的启动方式是自耦减压启动,降低了电机的启动电压和启动电流。

百米旋转喷泉自投入运行以来,平均每天工作3h~4h,最长曾达到7h,运行状况良好。

2技术问题探讨

2.1泵型选择

水泵是喷泉的主要设备,合理地选择泵型是喷泉设计中的一个重要环节,它对保证喷泉质量,降低工程造价及运行费用都有重要意义。在建造该百米旋转喷泉之前,大明湖公园曾建过一大型喷泉,喷水高度未能达到100m的设计高度,其中一个很重要的原因是水泵选用不当。吸取以往喷泉失败的教训,实际采用丹麦格兰富公司的潜水泵(见表1)。格兰富潜水泵全部采用不锈钢制造,有良好的耐磨性。不锈钢意味着轻的重量,便于对泵处置,形成低的设备费用,缩短安装及维修的时间。此外,由于采用卧式安装潜水泵,不需要修建泵坑,安装拆卸简单,使用管理方便。

2.2喷头结构设计

一个典型的喷头常由喷嘴、喷管、整流器等组成。在设计百米旋转喷泉时,重点解决了喷嘴的收缩角度大小等问题,以实现用最小的压力达到尽可能高的射程,以最小的流量达到尽量大的观瞻。根据流体力学理论,当喷嘴为圆锥形收缩管嘴时,流体由管嘴出流后流股逐渐地收缩,因而流股的流速和动能都增加。这种管嘴的主要用途为增加出口流速以构成动能较大的射流。喷嘴的出流与收缩角度有关,当圆锥角为13°24′时,流量系数达到最大值。在设计喷头时,依据上述原理并借鉴消防喷头的形式,把喷头的收缩角度定为13°。对百米旋转喷泉来讲,喷头射出的水流速度很高,水流发生紊动现象,促使射出的水桩发生散裂。为降低水流的的紊动性,在百米喷泉内装设了一级整流器,在旋转喷泉内装设二级整流器。实际运行表明,经过这样的整流处理,有效地解决了水流向上喷射过程中的散裂问题。

2.3旋转喷泉的动力

根据设计要求,旋转喷泉围绕中心主喷泉转动,两个直流喷头射出的水流旋转向上,呈螺旋形状。喷泉的旋转臂长度是4m,喷高25m,国内外尚未有类似的大型旋喷的报道。对于小型旋转喷泉,常利用水的反作用力带动旋转臂转动,但其受水流影响较大,转动速度不稳定。对这样的大型旋转喷泉,利用水流的动能显然很难满足设计要求。实际采用一台电动机作动力,功率5kw。电动机和旋转臂之间的传动方式是齿轮传动,这种传动结构紧凑,可靠耐久,传递的功率大。同时,采用了变频调速技术对电动机进行调速,以获得满意的水流造型效果。

2.4旋转喷泉的密封问题

旋转喷泉的水箱由上、下两部分组成。下水箱固定,上水箱在电动机的驱动下转动,上下水箱之间有一很小间隙,由于水箱内压力很大,需妥善地处理密封问题。实际用石棉橡胶盘根作密封材料来封闭水箱之间的间隙,并用压盖压紧石棉橡胶盘根。其紧压程度控制在使密封材料既能保证密封,又尽量减小密封材料与下水箱间的摩擦,以减少功率的消耗,同时让水少量渗出,以润滑密封材料并带走水箱和密封材料所产生的热量。

3结语

百米旋转喷泉自投入运转以来,以新颖的造型、可靠的稳定性、高效节能受到各界的重视和赞赏,尤其是每天能长时间运行。该喷泉的建成不仅增加了大明湖的吸引力,也为大型喷泉的建造提供了有益的经验。

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