風力氣壓自控揚水機在山丘地區(qū)的推廣應用

謝元紅，王洪江

（山東省棲霞市節(jié)水技術服務站，265300，棲霞）

風力氣壓自控揚水機在山丘地區(qū)的推廣應用

謝元紅，王洪江

（山東省棲霞市節(jié)水技術服務站，265300，棲霞）

風力氣壓自控揚水機；山丘地區(qū)；應用

中國蘋果之都——棲霞市地處膠東屋脊，屬于暖溫帶季風型半濕潤大陸性氣候，四季分明，氣候溫和，適合生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高檔蘋果，為全國蘋果主產(chǎn)區(qū)之一。目前，成齡優(yōu)質(zhì)果園已發(fā)展到 65萬畝（4.3萬 hm2），蘋果產(chǎn)量及收入躍居全國縣級市首位，果業(yè)已發(fā)展成為棲霞市農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。棲霞市充分發(fā)揮資源優(yōu)勢，把果業(yè)做大做強，立足國際、國內(nèi)兩個市場，加大農(nóng)業(yè)結構調(diào)整力度，大力發(fā)展外向型農(nóng)業(yè)。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水資源短缺成為制約棲霞市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。棲霞市委、市政府審時度勢，堅持以水資源的可持續(xù)利用支持經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，堅持常抓不懈，建管并重，高效蘋果節(jié)水工程建設已初具規(guī)模并初見成效。農(nóng)村廣大干部群眾對發(fā)展綜合節(jié)水技術灌溉模式的要求十分迫切，殷切希望早建成、早受益。

《中共中央國務院關于加快水利改革發(fā)展的決定》第三條第六款明確指出：因地制宜興建中小型水利設施，支持山丘區(qū)小水窖、小水池、小塘壩、小泵站、小水渠等“五小水利”工程建設。強調(diào)大力發(fā)展節(jié)水灌溉，推廣渠道防滲、管道輸水、噴灌滴灌等技術，擴大節(jié)水、抗旱設備補貼范圍，積極發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)，采用地膜覆蓋、深松深耕、保護性耕作等技術。根據(jù)中央一號文件精神，結合棲霞市目前水利現(xiàn)狀，總結幾年來棲霞市風力揚水的經(jīng)驗可知：采用風力揚水切合棲霞市山區(qū)丘陵現(xiàn)狀。

棲霞市目前風力揚水工程主要采取風力揚水與管道灌溉相結合的方式，充分利用取之不盡、用之不竭的風力資源，利用小型塘壩、大口井等小型水源進行提水，將水儲存于蓄水池內(nèi)，通過地下固定管道進行節(jié)水灌溉。針對棲霞市河谷溝汊多且來水量少的特點，棲霞市水務局提出了利用風力氣壓自控揚水設備供水方案，可以廣泛應用于節(jié)水灌溉、農(nóng)村飲水、養(yǎng)殖業(yè)等各方面。

一、結構特點

根據(jù)棲霞市的水源及風力情況，主要介紹比較適宜山丘特點的FS4—QZY型風力氣壓自控揚水機。

1.工作原理

FS4—QZY型風力氣壓自控揚水機由風力機和揚水機兩部分組成，是一種利用風能進行揚水作業(yè)的高科技節(jié)能設備。其工作原理是：利用風能使風力機風葉旋轉，帶動風力機空壓泵產(chǎn)生壓縮氣體，然后利用導氣管傳送動力，將壓縮氣體輸送到揚水機中進行揚水作業(yè)。

2.適用條件

風力機可以離開水源、障礙物，安裝在山頂、高坡等風源條件比較好的地方，適應最小井口直徑150～200 mm。此設備可以單臺使用，若需要較大流量揚水，可以多臺風力機并聯(lián)，共用一個水源。風力機自動迎風，風力太大時風力機可以自動保護、自動關機。

3.FS4—QZY型風力氣壓自控揚水機測試參數(shù)

（1）空氣壓縮機

型號：FS4—QZY

風輪直徑：4 m

啟動風速：2.8 m/s

額定風速：10 m/s

抗大風能力：25 m/s

齒輪轉動比：1∶4

氣缸行程：60 mm

氣缸內(nèi)徑：80 mm

風力機自動調(diào)速，轉速不大于120 rpm。

（2）氣壓自控揚水機

自2007年5月—2010年11月，棲霞市就FS4—QZY型風力氣壓自控揚水機進行了為期三年半的測試，管徑選擇依據(jù)水利部農(nóng)水司《節(jié)水灌溉技術標準選編》進行計算，列出了風速、揚程與流量的關系表（見表 1）。

表1 揚水機風速、揚程與流量關系表

4.應用范圍

該氣壓揚水設備，沒有復雜的傳動裝置，不受風源、水源、地形的限制，能應用于不同的揚程，多機并聯(lián)，廣泛應用于平原、山區(qū)、丘陵等地區(qū)的節(jié)水灌溉、農(nóng)村飲水。特別對于來水量低于5 m3/h的零星水源，可以24 h提水，零存整取，配套相應的高地水池，利用有限的水源進行蓄水灌溉。

二、應用中的注意事項

①幾年來的測試應用表明，當揚程高于30 m、風速不勻時，管中流量斷斷續(xù)續(xù)，這時揚水機受水錘壓力影響過大，極易造成機具損壞。所以在工程設計中，揚程應控制在30 m以內(nèi)。

②風力機一般安裝在風力較強地段，受風吹日曬雨淋影響，應及時更換潤滑油。

③一個地方同時安裝多臺揚水機時，其安裝間距不得小于15 m。

三、FS4—QZY型風力氣壓自控揚水機的優(yōu)點

①風力機可以離開水源，避開障礙物，安裝在山頂高坡等風源條件比較好的地方，充分利用風力資源。

②用導氣管傳導動力，在高度和水平距離上不受水源的限制，使用條件和范圍比較大，可實現(xiàn)遠距離供水，有廣大的農(nóng)村市場。

③風力空壓機的適應轉速比較大，風的大小對壓縮機應用的可行性幾乎沒有影響。

④一種機型可適用于不同的揚程，隨揚程變化的只有空氣壓縮比，需要大流量揚水時，可以多臺風力機并聯(lián)使用（并聯(lián)在一個氣源管上），共用一個水源，同時也適用于不同深度的水井，安裝條件適應性強。

四、社會效益和經(jīng)濟效益分析

采用風力揚水設備，以聯(lián)合體的形式，與果園穴灌、噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉方式相結合，配套相應的農(nóng)業(yè)節(jié)水措施，建立健全管理體制，節(jié)水節(jié)能效果十分顯著。例如購買一臺風力揚水設備，加上高地水池及導氣管配套，需投資15000元左右，而一臺風力揚水機在不同風力條件下，年揚水量可達10950 m3，如果采用電力揚水需耗電2553.5 kWh，與果園噴灌相結合，畝年節(jié)水量40 m3，畝年增加果品產(chǎn)量225 kg，兩年即可收回投資成本。

1.經(jīng)濟效益

建設高標準蘋果節(jié)水灌溉工程，目的在于獲取蘋果樹全生育期最佳灌溉制度，通過適時適量科學灌溉這一有效措施，調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱關系，使果樹始終保持最佳生長狀態(tài)，最大限度地提高優(yōu)質(zhì)高檔果品的產(chǎn)出率，從而提高果品在國際市場上的占有份額，以最經(jīng)濟的投入獲得最大的產(chǎn)出。參照已建高標準蘋果節(jié)水灌溉工程經(jīng)驗，棲霞市常規(guī)灌水方式蘋果畝產(chǎn)量平均1500 kg，高標準蘋果微噴工程蘋果產(chǎn)量可提高15%以上，畝年可增產(chǎn)225 kg以上，按每公斤蘋果1.5元計，畝年可增收至少337.5元，若水利分攤系數(shù)取0.6，則畝年可增加水利經(jīng)濟效益202.5元。高標準蘋果微灌工程嫁接自動化控制系統(tǒng)后，可明顯提高優(yōu)質(zhì)高檔果品的產(chǎn)出率，按每公斤果品增收0.5元計，畝年可增加質(zhì)量效益862.5元，水利分攤系數(shù)取0.6，則每年可增加質(zhì)量效益517.5元。因水利因素，畝年可增加經(jīng)濟效益共720元。通過該示范項目可獲取果樹全生育期最佳灌溉制度，為已建節(jié)水灌溉工程灌溉管理提供更直觀、更科學的依據(jù)。由以前的模糊灌溉管理到量化灌溉管理，使節(jié)水灌溉實現(xiàn)精準化，并獲得更高效益。

2.環(huán)境效益

在農(nóng)業(yè)節(jié)水技術中，一方面要充分利用水資源，另一方面又要保持環(huán)境的生態(tài)平衡，保持生態(tài)水的正常循環(huán)。通過該示范項目，可有效地促進節(jié)水灌溉事業(yè)發(fā)展，可以減少地下水開采量，并用節(jié)約的水資源補充部分地下水的超采量和生態(tài)用水，促進水資源向良性循環(huán)方面轉化。

目前棲霞市水資源十分缺乏，地下水水位嚴重下降，水源來水量少，柴油價格不斷上漲，灌溉成本大幅度上升，離村莊較遠的地方，架設輸電線路費用高。所以，采用風力揚水設備，可以減少水源流失，減少環(huán)境污染，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

同時，該項目的實施對棲霞市風能領域的擴展，對改善農(nóng)民的用水條件和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對風力資源、水利資源的合理應用，對保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和增加農(nóng)民收入具有重大的意義?！?/p>

責任編輯 張瑜洪

S275.1

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1000-1123（2011）09-0033-02

2011-03-10

謝元紅，工程師。