試析灌溉泵站設計參數的確定及水泵選型

【摘要】泵站工程設計中的最重要就是水泵的選型問題，選型是否合理，它直接關系到泵站工程的投資、建成后的運行費用以及供水安全。水泵選型必須根據工程的具體情況來確定合適的水泵型號與臺數。選型的基本依據是泵站工程規劃中所確定的設計參數，就是所在泵站的流量、揚程和變化規律。本文對灌溉泵站的設計參數確定和選型問題進行了討論，提出了設計參數的確定及水泵選型的方法。

【關鍵詞】灌溉泵站；流量；揚程；水泵選型

引言

我國五岸各地的自然條件存在著較大的差異，所以關于建設泵站的工程也大不相同，大致可以分為以下幾種類型：提灌泵站、井灌泵站、跨流域調水泵站和各類小型泵站。在不遠的未來，泵站工程發展的趨勢是：在規劃設計上更加注重動能經濟和綜合利用，更加講究工程的經濟效益；在機組選用上也愈發趨于大型化、高速化和裝置形式多樣化；并在運行管理上實現自動化和節能化節水。泵站設計參數包括設計流量和和設計揚程兩個主要因素。修建泵站是為了把一定水量提升到一定的高度或者增加一定壓力，使其能滿足相關的用水需求。本文主要針對泵站設計參數的確定以及泵站選型進行簡要論述。

一、水泵參數的確定

1.1 水泵設計流量的確定

1.1.1 灌溉設計流量是在一定的灌溉設計保證率情況下的灌溉用水量，對于大、中型灌溉區，可根據灌溉面積、歷年的灌水率圖以及灌水利用系數、求得歷年灌溉用水流量，選擇灌水持續時間大于20天的最大灌水流量作為該年的最大灌溉引水流量。然后以此進行頻率分析，選擇符合灌溉設計保證率的流量作為設計引水流量。

1.1.2 設計流量計算：我們首先需要確定控制區內各種作物灌溉定額，如要達到農作物高額而穩定的增產，必須要有充分的水源供給。根據實驗小麥從下種時的土壤含水量算起，到收割時的土壤含水一共需要水量250～300公方/畝之間，具體的數據還與土壤、深翻有關。泵站抽灌每天的工作時間為20h，根據小麥生長期的需水量定額，農作物占灌溉面積的比例，綜合考慮灌溉實際需求來計算流量。

1.2 灌溉泵站設計揚程的確定因素

灌溉泵站設計揚程是被設計凈揚程加上進出水流道的損失水頭確定的，設計凈揚程是指水池與進水池的設計水位兩者之差。由此可見，出水池和進水池的設計水位、進出水流道的損失水頭就是確定泵站設計揚程的三要素。

1.2.1 出水池設計水位

灌溉泵站出水池設計水位由輸水干渠渠道的設計水位所決定，我們可以根據灌區規劃所確定的控制高程和灌溉設計流量的要求，按灌區末級渠道的設計水位推算儲水池水位。該水位必須保證灌區90%以上（有條件時，應能保證全部）的耕地獲得自流灌溉，總的來說，出水池設計水位要從田間逐級推算到渠首求得。

1.2.2 進水池設計水位

灌溉泵站進水池水位的變化被水源的流動變化情況所決定。對于渠道上的提水泵站，泵站設計流量等于渠道的設計流量，進水池設計水位應該和渠道的設計水位相對應。對于臨河式泵站，泵站設計流量小于河道的流量，對于灌溉泵站來說，我們必須充分考慮灌溉季節水源水位情況和能保證的程度。從河流、湖泊或水庫取水時，以歷年灌溉期水源保證率為85%～95%的日平均或旬平均水位作為設計水位，從渠道取水時，以渠道通過設計流量時的水位為設計水位。

1.3 水泵平均凈揚程的確定

水泵平均凈揚程是泵站正常運行歷時最長的工作揚程。選擇水泵時應使其在該揚程工況下處于最高效區，這樣可以使水泵運行的平均效率最高，單位能量消耗最少。對于中、小型泵站，可以將進、出水池的平均水位的差作為泵站平均凈揚程。對于流量和水位變化幅度都比較大的大、中型泵站，應按水量加權平均的方法來確定平均凈揚程。該方法是根據水文系列資料在泵站運行期的分段平均凈揚程、流量和歷時進行加權平均計算。

1.4 水泵臺數的確定：泵站水泵臺數，應該是滿足泵站設計流量所需的是泵臺數與備用水泵臺數之和。

水泵臺數的多少對泵站有著非常大的影響。因此臺數越多，越容易適應不同時期灌溉排流量的要求，在運行中個別機組發生故障對灌排的影響也越小。在設備總容量一定的情況下，臺數越少，建站投資越小，單機容量越大其運行效率越高，需要的運行管理人員及維修費用越少。

一般泵臺數以4～8臺為宜。對于灌溉泵站，當流量小于1立方米每秒時可選用兩臺；當流量大于1立方米每秒時可選用不少于3臺；當出水管較長，水泵并聯布置時，水泵臺數應于之相適應；高揚程提灌的梯級泵站，尤其是空流段的泵站，除根據流量要求確定主水泵的臺數外，還需考慮選配1～3臺流量較小，小的小型調節機組，以便在各種流量下運行時，與上下級泵站相互配合、協調一致、避免棄水。

備用水泵的臺數，對于灌溉泵站，一般不超過設計流量所需水泵臺數的20%，或按設計選定的加大流量確定。對于多泥沙水源和裝機臺數少于5臺的泵站，備用水泵臺數可以適當增加。

二、水泵選型

綜上所述，在水泵選型時，我們應該遵循以下原則和方法。

先確定了水泵站的設計流量和設計揚程后，并利用有關技術圖表，進行確定水泵型號和規格，其方法如下：

2.1 要根據當地的使用條件和需要選擇來購買水泵，如果買來的水泵揚程偏高或流量偏大，就會多花錢并造成電力浪費，而且不能充分發揮水泵的能力。反之，則滿足不了生產的需要。

2.2 根據水泵性能表去選擇水泵，要做到揚程配套和流量配套。首先注意揚程配套。揚程符合需要后，再看流量是夠符合需要。如果揚程和流量都符合需要，就可以確定要選哪個型號的水泵。然后根據水泵銘牌上標的配套功率去選購動力機。

2.3 使用水泵選型表選泵型，根據確定的設計揚程和設計流量，在選型表中，查找出與設計揚程相符合或相接近的流量數值。但有時會出現兩種泵型都滿足設計要求，此時，可以把這兩種泵型作方案比較，進行技術經濟分析，然后選定其中一個合適的泵型。這種選擇的方法比較簡便而又快捷。

2.4 使用水泵性能規格表選泵型，水泵廠在產品目錄中都提供了這種表格，表中每一個型號的性能都有三行數據，一般設計流量和設計揚程應與性能表列出的中間一行的數值相一致，或是相接近，而又必須落在上、下兩行的范圍內，因為這個范圍是水泵運轉的高效率區域，這個型號的水泵就認為是符合實際需要的，水泵算是選定了。

2.5 使用水泵性能綜合型譜圖選泵型，將離心泵、軸流泵、混流泵的工作區域全部綜合畫在同一張圖上，這就構成了農用水泵系列綜合型譜圖，該圖繪制比較復雜，但使用比較方便。

2.6 根據確定的設計流量個設計揚程，在型譜圖上，首先在縱坐標上以設計揚程查找出符合揚程需求，而流量不等的幾種水泵，然后再在橫坐標上以設計流量來確定選用哪一種水泵。如果設計流量較大時，單泵未能符合要求，可考慮多機作業，但應注意盡量采用相同型號的水泵，以利用施工安裝、管理維修。

根據水泵性能表去選擇水泵，要做到揚程配套和流量配套。首先注意揚程配套。揚程符合需要后，再看流量是否符合需要。如果揚程和流量都符合需要，就可以確定要選這個型號的水泵。

三、水泵的選型方法

3.1 在進口直徑相同的條件下，不同口徑的水泵在n5=130～180之間都能獲得最高效率，低比速尤其是超低比速泵，效率是不會高的，在最初的口徑下，效率值是迅速增加的，在同一口徑下，效率值一般是緩慢增加。當個別進口徑隨著比轉速的增大，效率值達到峰值，就不在繼續升高，反而會隨著比轉速的增大慢慢下降或趨于峰值平衡態。

3.2 在比轉速相同的條件下，隨著進口徑的增大，效率值是逐漸增加的，即使達到峰值以后，隨著進口徑的增大，效率值也是緩慢增加的或是達到峰值趨于平衡狀態。

四、水泵選型中應注意的問題

4.1 灌溉泵站常用的葉片泵類型有離心泵、軸流泵和混流泵三種類型。由于混流泵具有高效區范圍寬廣、運行效率較高、不同工況下軸功率變化小且結構簡單、土建投資省等優越的綜合特征，因而，在同時可以選用離心泵和混流泵或軸流泵與混流泵的情況下，應有限采用混流泵。

4.2 單機容量的大小、水泵臺數的多少都對泵站有著非常大的影響。在設備總容量一定的前提下，臺數越多，越容易適應不同時期灌溉排流量的要求，運行中個別機組發生故障時對灌排的影響也越小，單設備的購置費、土建工程費及運行管理費較高；機組臺數越少時，對不同時期灌溉流量的適應性與保證性都較差，而設備費、土建費、運行管理費將會減少。因此，水泵臺數的選擇，應從工程造價、運行管理、設備運輸安裝以及土建施工等各個方面的優劣程度，進行綜合論證后確定。對灌溉泵站當流量小于1立方米每秒時，水泵臺數應不少于2臺，當流量大于1立方米每秒時，不少于3臺。

五、結束語

本文對灌溉泵站的設計參數確定及水泵選型問題進行了討論，只在為灌溉泵站設計提供參考。本論文主要是針對已有灌溉面積和歷年的灌水率圖及灌水利用系數等資料的情況下，做出的泵站設計參數及水泵選型的簡單探討，在實際工作中，還應結合實際地形，所需灌溉的農作物和灌區水源條件具體分析，應用。

參考文獻：

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