湖南省小型提灌站設(shè)計選型研究

趙偉明 李桂元 徐義軍

（湖南省水利水電科學(xué)研究所 長沙市 410007）

1 泵站規(guī)模確定

1.1 灌溉泵站的設(shè)計流量

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

式中Q——設(shè)計提水流量（m3/s）；

A——灌溉面積（畝）；

q——設(shè)計灌水率（m3/（s·萬畝））；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)計流量建議按表1確定。

1.2 灌溉泵站的設(shè)計揚程

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，20年一遇校核。泵房擋水建筑物安全超高：設(shè)計工況為0.3 m，校核工況為0.2 m。

設(shè)計水位：從河流、湖泊或水庫取水時，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，取渠道通過設(shè)計流量時的水位。

表1 不同灌溉面積的提水流量 L/s m3/h

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

最低運行水位：從河流、湖泊或水庫取水時，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，取渠道通過單泵流量時的水位。

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

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

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

最高運行水位：取與泵站加大流量相應(yīng)的水位。

最低運行水位：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)計水位即可。

1.2.2 特征揚程

（1）設(shè)計揚程。

按泵站進(jìn)、出水池設(shè)計水位差，并計入水力損失確定。

在設(shè)計揚程下，應(yīng)滿足泵站設(shè)計流量要求。

（2）平均揚程。

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

式中 H——加權(quán)平均凈揚程（m）；

Hi——第i時段泵站進(jìn)、出水池運行水位差（m）；

Qi——第i時段泵站提水流量（m3/s）；

ti——第i時段歷時（d）。

在平均揚程下，水泵應(yīng)在高效區(qū)工作。

（3）最高揚程。

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

（4）最低揚程。

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

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程的15%。

2 泵站機電設(shè)備選型

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

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程（或壓力）的要求。

（2）水泵應(yīng)在高效范圍內(nèi)運行。

（3）水泵在長期運行中，泵站效率較高，能量消耗少，運行費用低。

（4）按所選的水泵型號和臺數(shù)建站，工程投資較少。

（5）在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的各種工況下，水泵機組能正常安全運行，即不允許發(fā)生汽蝕、振動和超載等現(xiàn)象。

（6）便于安裝、維修和運行管理。

2.2 水泵選型

水泵類型通常根據(jù)地區(qū)特點和泵站的性質(zhì)來選擇。各種泵型比較見表2。由表2可見，灌溉或給水泵站，揚程較高，宜選用離心泵和混流泵。對于揚程較低的排水泵站，常選用混流泵和軸流泵。在一般的情況下，揚程小于10 m 時宜選用軸流泵；（5～30）m 時宜選用混流泵；（20～100）m時選用單級離心泵；大于100 m時可選用多級離心泵或其他類型泵。

表2 常用的泵型比較表

2.3 電動機

泵站最常見的動力機有電動機和柴油機，在電源方便的地方，應(yīng)優(yōu)先考慮電動機，因為電力排灌的成本較低，操作方便，故障較少，便于自動化。但在缺電地區(qū)，柴油機仍是泵站的重要動力機。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、和太陽能等）及其相應(yīng)的動力機。如水力資源豐富的地區(qū)可直接用水力帶動水泵，及選用水輪泵。風(fēng)力資源豐富的地方，則可用風(fēng)力機（及風(fēng)車）帶動水泵。這樣就可達(dá)到因地制宜、成本低廉的目的。

用于排灌的電動機類型有異步電動機和同步電動機。異步電動有鼠籠型和繞線型。在選擇電動機類型時，應(yīng)根據(jù)電源容量大小、電壓等級。水泵的軸功率和轉(zhuǎn)速，以及傳動方式等條件，確定電動機的類型、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機。在選擇電動機類型時，應(yīng)考慮以下使用條件。

小型電灌（電排）站功率較小，如起動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率和其他性能無特殊要求，則可選用J2系列的普通鼠籠型異步電動機。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機。近年來我國已研制出Y系列電動機，以取代JO2系列。該系列具有效率高、起動轉(zhuǎn)矩較大、噪音較小、防護(hù)性能良好等特點。

3 結(jié)語

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。

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)計人員參考使用。

1 GB/T 50265-2010.泵站設(shè)計規(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：中國水利水電出版社，2008.