農(nóng)田水利工程中小型泵站設(shè)計(jì)探討

姚云霞

農(nóng)田配套水利工程是影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的主要因素之一，在整個(gè)農(nóng)田水利工程中，渠首建筑物是非常重要的布置環(huán)節(jié)，而泵站又是渠首建筑物中最重要的設(shè)備，對泵站設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，對于農(nóng)業(yè)提效增產(chǎn)具有十分明顯的作用。建設(shè)泵站可以提高灌溉保證率，對于平原地區(qū)而言，一些大型灌溉區(qū)無法全面覆蓋農(nóng)田，隨著農(nóng)田水利工程配套設(shè)施逐漸完善，越來越多的農(nóng)田水利工程開始建設(shè)中小型泵站，以提高灌溉保證率。分析中小型泵站在實(shí)際使用過程中存在的不足之處，對中小型泵站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

一、中小型泵站設(shè)計(jì)常見的問題與解決方法

1.水腐蝕

如果地下水含鹽量較大，會對混凝土結(jié)構(gòu)造成一定的腐蝕，水泵運(yùn)行時(shí)間超過3年以上，部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會發(fā)生腐蝕脫落的情況，如果沒有對進(jìn)水管路進(jìn)行防護(hù)會加重腐蝕，從而污染內(nèi)部水源。因此在進(jìn)行中小型泵站設(shè)計(jì)時(shí)，必須將水腐蝕對混凝土以及鋼結(jié)構(gòu)造成的損壞考慮其中。應(yīng)對策略有：在混凝土中添加阻銹劑、使用抗硫酸鹽水泥等。由于抗硫酸鹽水泥價(jià)格較高，可將添加阻銹劑的方式作為防腐蝕的主要方式。

2.泥沙磨損

灌溉水大多數(shù)都是來自于河流，泥沙含量較高，多年的運(yùn)行容易對水泵的軸承造成較為嚴(yán)重的磨損從而讓水泵出現(xiàn)抖動，長此以往會造成水泵的損壞。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可通過增加清水潤滑系統(tǒng)和設(shè)置水箱的方式減少泥沙對水泵軸承的磨損。

3.高程安全余量

泵站建成后一些泵站可能會出現(xiàn)無法取水的情況，經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)，水泵在設(shè)計(jì)高程時(shí)沒有對安全余量進(jìn)行合理設(shè)置。水泵產(chǎn)品質(zhì)量存在差異，在實(shí)際的計(jì)算過程中，設(shè)計(jì)人員只通過水泵的樣本對其進(jìn)行計(jì)算，存在虛標(biāo)情況。因此在進(jìn)行水泵高程安裝時(shí)適當(dāng)增加安全余量，保證泵站的安全運(yùn)行，從而提高灌溉保證率。

4.管路安裝

農(nóng)田水利工程水泵設(shè)計(jì)過程中，要與實(shí)際的工程概況相結(jié)合，水管路法蘭設(shè)置要保證離地面10cm 以上。

二、中小型泵站設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1.設(shè)計(jì)原則

中小型泵站在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)流量小于10m3/s，裝機(jī)功率小于1MW，在農(nóng)田水利工程中，流量參數(shù)決定了泵站的建設(shè)規(guī)模。如圖1所示。

在農(nóng)田水利工程中，需要根據(jù)揚(yáng)程確定水泵的類型，根據(jù)流量大小確定水泵的具體數(shù)量，根據(jù)確定的流量大小和揚(yáng)程對水泵廠家的樣本進(jìn)行檢查，最終確定其設(shè)計(jì)類型。在具體的應(yīng)用過程中，軸流泵、混流泵和離心泵所選擇的泵室存在一定的差別，軸流泵一般選擇濕式泵室，混流式和離心泵選擇干式泵室。根據(jù)泵型合理選擇泵室，可以減少工程投資，降低泵站的設(shè)計(jì)成本。干式泵房相比濕式泵房更節(jié)約成本，所以大多數(shù)情況下會選擇干式泵房進(jìn)行設(shè)計(jì)，而濕式泵房的潛水軸流泵檢修方便。因此，在選擇泵房型式時(shí)，應(yīng)該綜合考慮工程的實(shí)際運(yùn)行情況，合理選擇泵房型式。

圖1 泵站設(shè)計(jì)模型圖

2.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）水泵選型

揚(yáng)程小于10m 時(shí)選擇軸流泵；揚(yáng)程在10～15m 時(shí)選擇混流泵；大于15m時(shí)選擇離心泵。流量小于1m3/s 時(shí)選擇2 臺水泵；大于1m3/s 時(shí)選擇4 臺水泵。水泵樣本中，有3 組流量鉛程會對應(yīng)一個(gè)葉片角度與電機(jī)功率，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，流量揚(yáng)程會與其中一組流量鉛程數(shù)據(jù)發(fā)生對應(yīng)，以保證流量處于高效工作的范圍內(nèi)。同時(shí)還要注意水泵的性能，檢測水位揚(yáng)程是否滿足泵站的設(shè)計(jì)要求，保證水泵效率的同時(shí)也要盡量選擇低轉(zhuǎn)速的水泵類型。

（2）泵室設(shè)計(jì)

根據(jù)泵型選擇泵室，在中小型泵站設(shè)計(jì)中，干式泵室埋深小于3m，濕式小于7m。濕式泵室設(shè)計(jì)要注意水源的取水位是否最低，根據(jù)水泵樣本確定水泵高程和水泵中心離正墻距離。滿足各個(gè)距離的要求下對泵室尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，水下容量要滿足水泵的設(shè)計(jì)流量。中小型濕式泵室的埋深較深，需要滿足驗(yàn)算地基承載力的相關(guān)要求，并注意樁基本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；設(shè)計(jì)干式泵室時(shí)，要將泵室底板設(shè)置的大于渠道水位以及防洪水位。設(shè)置自流管進(jìn)行排水，避免泵室中有大量積水，如果泵室的底板沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要采用混凝土在泵室集水坑中設(shè)置排水泵。在安裝高程時(shí)，需要根據(jù)氣蝕余量確定水頭損失，泵室的寬度需要滿足水泵及閥件的設(shè)計(jì)要求。

設(shè)計(jì)中小型泵站時(shí)，如果水泵無法與周圍的管路進(jìn)行布置，需要增加管路的距離，并滿足檢修的要求。在泵室中設(shè)置泵房，泵室與泵房的尺寸要相互對應(yīng)。

3.管路設(shè)計(jì)

濕式泵房采用進(jìn)出水池，并且出水管路較短。根據(jù)泵站的位置將進(jìn)水池分成兩種形式，緊靠水源和遠(yuǎn)離水源。當(dāng)緊靠水源時(shí)，進(jìn)水池可以設(shè)置為八字墻；遠(yuǎn)離水源時(shí)，設(shè)置為鋼筋混凝土擋墻。坡底按照1 ∶4 進(jìn)行設(shè)計(jì)，擴(kuò)散角大于40°，盡量縮短水池長度，節(jié)約成本；干式泵房中，水泵安裝高程要高于啟泵水位，通過增加抽真空設(shè)備以滿足設(shè)計(jì)要求。將排氣閥設(shè)置在離心泵之后，并注意排氣閥的安裝位置，不能將排氣閥放在閘閥的上方。不能在離心泵之前設(shè)置排氣閥，避免因安裝錯(cuò)誤而造成水泵損壞。將離心泵的進(jìn)水管道流速設(shè)置為10～15m/s，流速過大將會加速進(jìn)水管道的損失，流速過小會增加管路的工作量。在設(shè)計(jì)進(jìn)水管路時(shí)，可以設(shè)置下沉式進(jìn)水池，將進(jìn)水管路設(shè)置在進(jìn)水池中，以保證其持久性。

三、中小型泵站的布置型式

1.進(jìn)水池和出水池并列布置型式

進(jìn)水池和出水池并列設(shè)置過程中，要保證進(jìn)水池和出水池的底板高程一致，并使用墩墻將進(jìn)水池和出水池隔離開，水泵出水管要穿過隔墻，從河道另一側(cè)的進(jìn)水池將水抽入到出水池中，通過設(shè)置進(jìn)水池和出水池的閘門，對泵站運(yùn)行進(jìn)行控制，保證水流的轉(zhuǎn)角彎度。進(jìn)水池和出水池并列布置型式開挖量小、結(jié)構(gòu)簡單，在站房和配電間的位置設(shè)置底板以避免發(fā)生沉降。但是該種布置型式對河道的要求較高，需要滿足進(jìn)出水池的設(shè)置要求。并且，泵站在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)水池和出水池會形成漩渦，影響泵站的整體性。采用拍門斷流的方式，適合河道寬度較大的工程。主要以排澇為主，排澇凈揚(yáng)程設(shè)置為1.7m，流量1.3m3/s，電機(jī)功率設(shè)置為70kW。

2.雙向“X”型流道布置型式

雙向“X”型流道布置型式主要應(yīng)用在大型泵站的設(shè)置中，將泵站的進(jìn)出水流進(jìn)行分段，出水流道層位于進(jìn)水流道層的上方，水流是從進(jìn)水流道中進(jìn)入到上層的出水流道，通過閘門對泵站進(jìn)行控制。雙向“X”型流道布置型式對河道的寬度沒有較大要求，通過配置出水導(dǎo)葉對水泵出水進(jìn)行設(shè)置，并不需要設(shè)置出水管道，具有較高的水流條件。但是雙向“X”型流道布置型式泵站的底板較低，有較大的開挖量，并且為了滿足泵站的運(yùn)行條件，泵站順?biāo)飨蛐枰贾靡恍┍匾脑O(shè)備，比如攔污柵或者閘門等，泵站順?biāo)飨虻拈L度較長，采用混凝土流道進(jìn)行出水，因此一般會選擇使用水泵斷流方式。對于中小型泵站設(shè)計(jì)而言，采用鑄鐵閘門的方式作為泵站的斷流方式更為合適，但是這種方式的斷流時(shí)間較長， 為了避免水泵發(fā)生倒轉(zhuǎn)的情況，需要在水泵的葉輪輪轂處設(shè)置螺母，防止葉輪發(fā)生反轉(zhuǎn)。

3.水泵出水雙向岔形管型式

水泵出水雙向岔形管型式與雙向“X”型流道的布置方式有些雷同，進(jìn)水布置相同，出水方式存在一定的區(qū)別，該種型式采用的出水方式是將金屬出水管伸到出水胸墻之外，通過水泵從進(jìn)水流道流向出水河道，將該種方式布置在進(jìn)水池的閘門，可以實(shí)現(xiàn)對泵站的控制。該種型式采用出水管道與渠道相連的方式，出水管道流速較大會造成一定的損失，可以使用閥門代替閘門對其進(jìn)行控制，比較適用于小型泵站。

四、結(jié)語

農(nóng)田水利工程中小型泵站在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需要注意很多問題，本文對泵站實(shí)際使用過程中存在的水腐蝕問題、泥沙磨損問題、高程的安全余量問題以及水泵管路安裝等問題進(jìn)行了討論，設(shè)計(jì)人員在對中小型泵站進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)泵站的具體情況以及現(xiàn)場條件，對技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行綜合考慮后，選擇合適的布置型式，從而保證泵站建設(shè)完成后能夠得到高效穩(wěn)定的運(yùn)行，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展■