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。

关键词：喷泉 泵型选择 喷头设计

 

　　abstract: the first revolting spring fountain with a jet-height of 100m has been constructed in jinan, the capital city of shandong province. the general situation and the design categories such as the selection of jet-pumps, the structure of nozzles and the driving and the sealing arrangements of the revolving fountain are presented.

　　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。

图1　百米旋转喷泉平面图

图2　百米旋转喷泉剖面图

表1　“百米喷泉”主要设备

喷　　头 水　　泵 电　　机 名称 数量 水压
／mh₂o 流量／m³／h 型号规格 台数 扬程
／m 流量／m³／h 转速
／r／min 电压
／v 功率／kw 单只 合计 单台 合计 单台 合计 50百米直流喷头 1 150 430 430 sp－215－6 2 150 215 430 2900 380 130 260 30可调直流喷头 2 30 160 320 sp－160－3－1 2 50 160 320 2870 380 37 74
　　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。