河?xùn)|灌區(qū)水輪泵站設(shè)計(jì)及技術(shù)成果

汪 濤，趙書豐，張 有

（1.尚志市水務(wù)局，黑龍江尚志 150600;2.尚志市三股流水庫(kù)，黑龍江尚志 150600）

河?xùn)|灌區(qū)位于尚志市東郊，該灌區(qū)是以螞蟻河水為主要水源，以河?xùn)|水庫(kù)為補(bǔ)水灌溉的自流灌區(qū)。設(shè)計(jì)灌溉面積2 400 hm2，有1 067 hm2水田缺水，特別是泡田期，河?xùn)|灌區(qū)需要流量5.0 m3/s，而此時(shí)渠首流量?jī)H有2.0 m3/s。作為河?xùn)|補(bǔ)水工程的河?xùn)|水庫(kù)，年末蓄水僅有150萬(wàn)m3左右，而需水量500萬(wàn)m3，水量缺口350萬(wàn)m3左右，而河?xùn)|水庫(kù)總庫(kù)容為1 072萬(wàn)m3，蓄水潛力很大。為解決灌區(qū)水量供需矛盾，必須要增加對(duì)河?xùn)|水庫(kù)的補(bǔ)水。

1991年在渠首攔河壩上游建設(shè)一座裝機(jī)容量150 kW的電力抽水站，運(yùn)行至今已20多年，機(jī)電設(shè)備年久失修，磨損嚴(yán)重，電器設(shè)備嚴(yán)重老化，絕緣等級(jí)下降，變壓器損耗過(guò)大，高壓線路線損大，每年維修費(fèi)用、運(yùn)行管理費(fèi)高達(dá)7～8萬(wàn)元，加上抽水電費(fèi)合計(jì)17萬(wàn)元。

為了減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)，經(jīng)過(guò)調(diào)查研究和論證，果敢地提出了以建設(shè)一處以水能為動(dòng)力的水輪泵站，代替現(xiàn)有的以電能為動(dòng)力的抽水站。這一替代可為農(nóng)民減輕抽水電費(fèi)和維修運(yùn)行管理費(fèi)用，同時(shí)還大大的提高灌溉保證率。

1 建設(shè)水輪泵的可行性和合理性分析

1）水輪泵站是利用非灌溉期和灌溉期的富余水量運(yùn)行，經(jīng)計(jì)算這些不與水田灌溉爭(zhēng)水，棄水量有足夠的能力通過(guò)水輪泵向河?xùn)|水庫(kù)補(bǔ)水350萬(wàn)m3～500萬(wàn)m3，而保證率不低于P=80%。

2）水輪泵站是利用了河?xùn)|渠首原有沖砂閘的位置，所以不影響渠首布局。沖砂閘過(guò)水能力經(jīng)計(jì)算，可以滿足3臺(tái)D80-6水輪泵總需水量6.95m3/s，滿足引水要求，原閘保持不變。

3）水輪泵是由水輪機(jī)和水泵組成的整體，同軸傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，運(yùn)行成本極低。

4）建水輪泵站投資少，見(jiàn)效快，補(bǔ)水能力和保證率都優(yōu)于電力抽水站，是值得我省有條件的地方推廣的一項(xiàng)新技術(shù)。

2 水輪泵站設(shè)計(jì)

2.1 水資源分析

本設(shè)計(jì)根據(jù)尚志市螞蟻河水文站2002～2004年3 a河?xùn)|渠首螞蟻河徑流年內(nèi)分配（即來(lái)水量）和相應(yīng)時(shí)段的河?xùn)|灌區(qū)灌溉用水量資料進(jìn)行了分析計(jì)算，經(jīng)計(jì)算2003年為最小，以2003年計(jì)算水輪泵站的工作情況。通過(guò)計(jì)算，日運(yùn)行8 h，每年可向河?xùn)|水庫(kù)補(bǔ)水250萬(wàn)m3，日運(yùn)行16 h，每年可向河?xùn)|水庫(kù)補(bǔ)水500萬(wàn)m3。

2.2 水輪泵站工程設(shè)計(jì)

2.2.1 基本資料

機(jī)坑（蝸室）水位188.00 m，尾水位185.50 m（設(shè)計(jì)），壓力池水位198.38 m，凈揚(yáng)程10.38 m，工作水頭2.5 m，工作流量2.08 m3/s，設(shè)計(jì)年補(bǔ)水量350萬(wàn)m3。

2.2.2 水輪泵選擇

福建省尤溪長(zhǎng)波水力機(jī)械有限公司提供的D80-6型水輪泵，其工作性能為：水頭2.5 m，流量2.08 m3/s，揚(yáng)程15 m，出水量0.236 m3/s，出力44.4 kW，轉(zhuǎn)速376轉(zhuǎn)/min，效率71%。

經(jīng)計(jì)算D80-6水輪泵的安裝高程為5.2 m。

式中：Hs為水輪泵安裝吸出高度;H為工作水頭;▽為安裝地點(diǎn)的海拔高程。

2.2.3 輸水壓力鋼管選擇與布置

輸水壓力管路的支管的起點(diǎn)為各臺(tái)水輪泵的出口到進(jìn)入主管的異徑三通。由90°彎頭、直管、閘閥和異徑三通組成，長(zhǎng)3.71 m，內(nèi)徑ND300 mm。主管由泵站至壓力池，由直管、45°彎頭、30°彎頭（2 個(gè)）和伸縮節(jié)組成，全長(zhǎng)64.5 m，內(nèi)徑ND=600 mm。

2.2.3.1 壓力管路計(jì)算

揚(yáng)水流量：q=0.71 m3/s;

凈揚(yáng)程：h凈=10.38 m;

總揚(yáng)程：hmax=15.00 m;

本工程主管徑為D=600 mm，其流速為：

v=q/F=2.51 m/s（鋼管經(jīng)濟(jì)流速為2.5～3.5 m/s）符合要求。

管壁厚度δ=100×H設(shè)×D/2[]σ×Φ=0.5 mm

式中：Φ為焊接堅(jiān)固系數(shù)，要求管壁最小厚度≥6 mm，也不得小于所以管壁厚度選擇δ=6 mm。

2.2.3.2 水泵揚(yáng)程計(jì)算

沿程損失：

式中：f為摩擦系數(shù);L為管長(zhǎng)度，m;V為管速，m/s。經(jīng)計(jì)算H支沿=0.09 m，H主沿=0.53 m。

局部損失：

最大損失合計(jì)：Σh=H支沿+H主沿+h支局+h主局=2.54 m

總揚(yáng)程=凈揚(yáng)程+損失揚(yáng)程=12.92 m＜15 m，符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.3.3 導(dǎo)水槽

導(dǎo)水槽上游聯(lián)結(jié)沖砂閘海漫段，下游聯(lián)結(jié)泵站機(jī)坑（蝸室），是泵站引水的控制部分。導(dǎo)水槽共3孔，單孔孔口寬2 m，閘體總寬9.65 m，槽長(zhǎng)5 m，前3 m底板高程186.00 m，其中設(shè)有攔污柵和鑄鐵閘門各3扇，閘前水位188.10 m，槽中水深2.1 m。在通過(guò)設(shè)計(jì)流量 Q=2.316時(shí)，流速為 v=0.55 m/s，小于過(guò)柵允許流速0.7～0.8 m/s。控制設(shè)備是ZSP系列鑄鐵閘門3扇，螺桿式啟閉機(jī)3臺(tái)，啟閉機(jī)安裝在橫跨導(dǎo)水槽的啟閉機(jī)工作橋上。

2.2.3.4 水輪泵機(jī)坑

機(jī)坑（蝸室）是安裝水輪泵的地方，它的作用是將水流平順地導(dǎo)向水輪泵以推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。水輪泵采用立裝并聯(lián)的安裝形式。水輪泵安裝高程Hs=5.2 m，蝸形包角采用β=225°，進(jìn)口斷面寬0.6 m，當(dāng)機(jī)坑水深2.7 m時(shí)，進(jìn)口斷面b0流速vk=0.9 m/s，符合要求。蝸室各斷面寬度見(jiàn)表1。

表1 蝸室各斷面寬度和覽表 m

機(jī)坑水位：188.00 m，水輪泵高1.877 m，水輪泵淹沒(méi)深度≥0.7 m，按要求機(jī)坑水深≥2.577 m，當(dāng)機(jī)坑坑底高程為185.30 m，機(jī)坑水深等于2.7 m＞2.577 m，滿足要求，坑頂高程為188.5 m。

2.2.3.5 尾水管

尾水管的作用是利用轉(zhuǎn)輪與下游水位之間的靜水頭和最大限度地回收轉(zhuǎn)輪出口的水流動(dòng)能。根據(jù)具體情況選擇了肘形尾水管，最大特點(diǎn)是適合于立式安裝，可以減少開(kāi)挖深度，施工簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性能好。

[1]武漢水利電力學(xué)院.水泵及水泵站[M].北京：水利出版社，1981.