湖南省小型提灌站設(shè)計(jì)選型研究

趙偉明 李桂元 徐義軍

（湖南省水利水電科學(xué)研究所 長(zhǎng)沙市 410007）

1 泵站規(guī)模確定

1.1 灌溉泵站的設(shè)計(jì)流量

根據(jù)湖南實(shí)際情況及歷年豐產(chǎn)用水經(jīng)驗(yàn)，按下式確定：

式中Q——設(shè)計(jì)提水流量（m3/s）；

A——灌溉面積（畝）；

q——設(shè)計(jì)灌水率（m3/（s·萬(wàn)畝））；η——灌溉水利用系數(shù)，取0.8。不同灌溉面積的提水泵站的設(shè)計(jì)流量建議按表1確定。

1.2 灌溉泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程

1.2.1 特征水位

（1）灌溉泵站進(jìn)水池水位應(yīng)按下列規(guī)定采用。

防洪水位：泵站建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇設(shè)計(jì)，20年一遇校核。泵房擋水建筑物安全超高：設(shè)計(jì)工況為0.3 m，校核工況為0.2 m。

設(shè)計(jì)水位：從河流、湖泊或水庫(kù)取水時(shí)，取歷年灌溉期水源保證率為85%～95%的日平均或旬平均水位；從渠道取水時(shí)，取渠道通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)的水位。

表1 不同灌溉面積的提水流量 L/s m3/h

最高運(yùn)行水位：從河流、湖泊取水時(shí)，取重現(xiàn)期5～10年一遇洪水的日平均水位；從水庫(kù)取水時(shí)，根據(jù)水庫(kù)調(diào)蓄性能論證確定；從渠道取水時(shí)，取渠道通過(guò)加大流量時(shí)的水位。

最低運(yùn)行水位：從河流、湖泊或水庫(kù)取水時(shí)，取歷年灌溉期水源保證率95%～97%的最低日平均水位；從渠道取水時(shí)，取渠道通過(guò)單泵流量時(shí)的水位。

平均水位：從河流、湖泊或水庫(kù)取水時(shí)，取灌溉期多年日平均水位；從渠道取水時(shí)，取渠道通過(guò)平均流量時(shí)的水位。

（2）灌溉泵站出水池水位應(yīng)按下列規(guī)定采用。

最高水位：當(dāng)出水池接輸水河道時(shí)，取輸水河道的校核洪水位；當(dāng)出水池接輸水渠道時(shí)，取與泵站最大流量相應(yīng)的水位。

設(shè)計(jì)水位：取按灌溉設(shè)計(jì)流量和灌區(qū)控制高程的要求推算到出水池的水位。

最高運(yùn)行水位：取與泵站加大流量相應(yīng)的水位。

最低運(yùn)行水位：取與泵站單泵流量相應(yīng)的水位；有通航要求的輸水河道，取最低通航水位。

平均水位：取灌溉期多年日平均水位。

一般情況下，小型泵站出水池各特征水位相近，取設(shè)計(jì)水位即可。

1.2.2 特征揚(yáng)程

（1）設(shè)計(jì)揚(yáng)程。

按泵站進(jìn)、出水池設(shè)計(jì)水位差，并計(jì)入水力損失確定。

在設(shè)計(jì)揚(yáng)程下，應(yīng)滿足泵站設(shè)計(jì)流量要求。

（2）平均揚(yáng)程。

可按下式計(jì)算加權(quán)平均凈揚(yáng)程，并計(jì)入水力損失確定；或按泵站進(jìn)、出水池平均水位差，計(jì)入水力損失確定。

式中 H——加權(quán)平均凈揚(yáng)程（m）；

Hi——第i時(shí)段泵站進(jìn)、出水池運(yùn)行水位差（m）；

Qi——第i時(shí)段泵站提水流量（m3/s）；

ti——第i時(shí)段歷時(shí)（d）。

在平均揚(yáng)程下，水泵應(yīng)在高效區(qū)工作。

（3）最高揚(yáng)程。

應(yīng)按泵站出水池最高運(yùn)行水位與進(jìn)水池最低運(yùn)行水位之差，并計(jì)入水力損失確定。

（4）最低揚(yáng)程。

應(yīng)按泵站進(jìn)水池最高運(yùn)行水位與出水池最低運(yùn)行水位之差，并計(jì)入水力損失確定。

小型泵站進(jìn)水段水力損失取0.50 m，出水段水力損失取凈揚(yáng)程的15%。

2 泵站機(jī)電設(shè)備選型

水泵選型的主要內(nèi)容是確定水泵的類型、型號(hào)和臺(tái)數(shù)等。應(yīng)為動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)及鋪助設(shè)備等的配套，泵站工程建筑物的設(shè)計(jì)以及泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都是以水泵選型為依據(jù)的，水泵選型不合理不僅會(huì)增加工程投資，而且會(huì)降低水泵的運(yùn)行效率，增加泵站能耗和運(yùn)行費(fèi)用。

2.1 水泵選型的基本原則

（1）必須根據(jù)生產(chǎn)的需要滿足流量和揚(yáng)程（或壓力）的要求。

（2）水泵應(yīng)在高效范圍內(nèi)運(yùn)行。

（3）水泵在長(zhǎng)期運(yùn)行中，泵站效率較高，能量消耗少，運(yùn)行費(fèi)用低。

（4）按所選的水泵型號(hào)和臺(tái)數(shù)建站，工程投資較少。

（5）在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的各種工況下，水泵機(jī)組能正常安全運(yùn)行，即不允許發(fā)生汽蝕、振動(dòng)和超載等現(xiàn)象。

（6）便于安裝、維修和運(yùn)行管理。

2.2 水泵選型

水泵類型通常根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)和泵站的性質(zhì)來(lái)選擇。各種泵型比較見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，灌溉或給水泵站，揚(yáng)程較高，宜選用離心泵和混流泵。對(duì)于揚(yáng)程較低的排水泵站，常選用混流泵和軸流泵。在一般的情況下，揚(yáng)程小于10 m 時(shí)宜選用軸流泵；（5～30）m 時(shí)宜選用混流泵；（20～100）m時(shí)選用單級(jí)離心泵；大于100 m時(shí)可選用多級(jí)離心泵或其他類型泵。

表2 常用的泵型比較表

2.3 電動(dòng)機(jī)

泵站最常見(jiàn)的動(dòng)力機(jī)有電動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)，在電源方便的地方，應(yīng)優(yōu)先考慮電動(dòng)機(jī)，因?yàn)殡娏ε殴嗟某杀据^低，操作方便，故障較少，便于自動(dòng)化。但在缺電地區(qū)，柴油機(jī)仍是泵站的重要?jiǎng)恿C(jī)。此外，還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)條件，盡可能利用當(dāng)?shù)仄渌茉矗ㄈ缢堋L(fēng)能、熱能、和太陽(yáng)能等）及其相應(yīng)的動(dòng)力機(jī)。如水力資源豐富的地區(qū)可直接用水力帶動(dòng)水泵，及選用水輪泵。風(fēng)力資源豐富的地方，則可用風(fēng)力機(jī)（及風(fēng)車）帶動(dòng)水泵。這樣就可達(dá)到因地制宜、成本低廉的目的。

用于排灌的電動(dòng)機(jī)類型有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)有鼠籠型和繞線型。在選擇電動(dòng)機(jī)類型時(shí)，應(yīng)根據(jù)電源容量大小、電壓等級(jí)。水泵的軸功率和轉(zhuǎn)速，以及傳動(dòng)方式等條件，確定電動(dòng)機(jī)的類型、容量、電壓和轉(zhuǎn)速等工作參數(shù)。

電力排灌站的電源是三相交流，因此，應(yīng)選擇三相交流異步電動(dòng)機(jī)。在選擇電動(dòng)機(jī)類型時(shí)，應(yīng)考慮以下使用條件。

小型電灌（電排）站功率較小，如起動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率和其他性能無(wú)特殊要求，則可選用J2系列的普通鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。如工作環(huán)境較潮濕或多灰塵，則可選用JO2系列式閉式鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。近年來(lái)我國(guó)已研制出Y系列電動(dòng)機(jī)，以取代JO2系列。該系列具有效率高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大、噪音較小、防護(hù)性能良好等特點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

小泵站指適應(yīng)于灌溉面積小于5 000畝或出水流量小于0.5 m3/s的小型工程，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物、次要建筑物均為5級(jí)。

在保障工程使用功能的前提下，力求結(jié)構(gòu)安全、尺寸合理、經(jīng)濟(jì)適用，提出工程結(jié)構(gòu)形式選擇、尺寸確定的方法和技術(shù)，并提出突出生態(tài)、環(huán)保的理念，尊重農(nóng)田的自然特性等要求，供規(guī)劃設(shè)計(jì)人員參考使用。

1 GB/T 50265-2010.泵站設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

2 SL234-1999.泵站施工規(guī)范［S］.

3丘傳忻.泵站［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

4宋祖詔，張思俊，詹美禮.取水工程［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.