潜水泵装置是将水泵与潜水电机紧密结合的机电一体化的泵装置型式,目前主要有立式潜水泵装置和卧式潜水泵装置两大类。立式潜水泵装置的应用与研究已有数十年的历史,卧式潜水泵装置(即:潜水贯流泵装置)的应用与研究仅有十多年的时间。潜水泵装置的潜水电机相对于水泵有两种布置方式:电机前置(潜水电机布置于水泵进水侧)和电机后置(潜水电机布置于水泵出水侧)。立式潜水泵装置由于其结构特点的需要,只能采取电机后置的布置方式。与立式潜水泵装置不同,卧式潜水泵装置的进、出水流道形状简单,进、出水水流均保持水平方向,无需在进、出水流道内转向,流态平顺均匀,明显优于立式潜水泵装置,泵装置效率比立式潜水泵装置高很多。目前得到应用的卧式潜水泵装置是从立式潜水泵装置演变而来,电机布置方式顺理成章地沿用了后置布置方式,形成了电机后置的潜水贯流泵装置。本文提出卧式潜水泵装置的电机布置既可后置,也可前置,可分别称之为电机后置潜水贯流泵装置和电机前置潜水贯流泵装置。进一步的研究发现,电机后置布置的潜水贯流泵装置存在出水流道流态不良、导叶体扩散角较大、对电机密封性能要求较高等问题,电机前置潜水贯流泵装置可以很好地解决这些问题。为了使电机前置潜水贯流泵装置能够获得更多更好的应用,本文采用数值模拟研究方法对电机前置和电机后置的潜水贯流泵装置分别进行了进、出水流道优化水力设计研究,并从水力性能、水泵模型导叶体设计、电机密封、机组支撑结构与工程投资等方面对这两种型式的泵装置进行综合比较。本文主要研究成果如下:(1)优化后的电机前置潜水贯流泵装置进水流道内水流收缩平缓、均匀,无不良流态,能够为水泵进口提供良好的流态;优化后的出水流道内部水流扩散平缓、均匀,无旋涡等不良流态;电机前置潜水贯流泵装置三维流场数值计算结果表明泵装置最高效率为79.94%。(2)优化后的电机后置潜水贯流泵装置进水流道内水流收缩平缓、均匀,流线层次分明,无不良流态,能够为水泵进口提供较为理想的流态;优化后的出水流道内主流偏向扩散段右下区域,在流道扩散段左上部区域存在一定范围的旋涡区;电机后置潜水贯流泵装置三维流场数值计算表明泵装置最高效率为77.05%。(3)电机前置潜水贯流泵装置的进水流道水头损失大于电机后置,出水流道水头损失小于电机后置,流道总损失小于电机后置,电机前置潜水贯流泵装置的效率高于电机后置。(4)电机前置潜水贯流泵装置可直接采用水泵模型的原设计导叶体;电机后置布置时,为使导叶体与电机段平顺连接,须加大原水泵模型导叶体的扩散角,需要根据潜水电机的尺寸及位置修改导叶体水力设计,从而影响水泵的水力性能。(5)电机前置布置时潜水电机所受水压力较小,电机后置布置时潜水电机所受水压力较大,电机前置有利于提高电机密封的安全可靠性及使用寿命。(6)电机前置布置时水泵轴的两个支撑轴承对叶轮形成简支结构,支撑结构合理;电机后置布置时水泵轴对叶轮的支撑形成悬臂结构,影响泵轴系统的稳定。(7)电机前置潜水贯流泵装置出水流道长度较短,出水流道内不布置电机等设备便于设计成向上倾斜的方式,便于抬高出口底高程,减少土建投资;电机后置潜水贯流泵装置为减小导叶体扩散角需尽量减小电机外壳尺寸,使得对电机及齿轮箱尺寸和密封要求较高,增加机组投资。根据电机前置和电机后置潜水贯流泵装置水力性能、水泵导叶体设计、电机密封性能、支撑结构和工程投资的比较,建议潜水贯流泵装置宜优先考虑采用电机前置方案。本文研究成果对丰富低扬程泵装置型式和提高潜水贯流泵装置水力设计水平具有重要意义和工程应用价值。