泵井技術(shù)在農(nóng)村供水工程中的應(yīng)用

劉吉萍 倪紅舉

（山西省臨汾市堯都區(qū)水利局 山西臨汾 041000）

1 農(nóng)村供水工程泵站的特點(diǎn)

農(nóng)村供水工程泵站的特點(diǎn)是流量小，揚(yáng)程高，泵站設(shè)計(jì)直接影響著泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和使用壽命，同樣的泵站，有的很省電，有的很費(fèi)電；有的設(shè)備很耐用，有的設(shè)備經(jīng)常壞；有的用的時(shí)間很長(zhǎng)，有的用的時(shí)間很短。因此在泵站設(shè)計(jì)中，要根據(jù)供水工程的特點(diǎn)選擇所需要的水泵型號(hào)，水泵設(shè)計(jì)流量最好與額定流量一致，水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程要盡可能與額定揚(yáng)程接近，這樣才能確保水泵運(yùn)行中工況點(diǎn)處在高效區(qū)，否則，高效率的水泵也只能低效運(yùn)行，浪費(fèi)能量。

過(guò)去大多數(shù)村鎮(zhèn)供水工程選用的是離心式水泵，而離心式水泵的特點(diǎn)是：軸功率隨著流量的增加而增加，軸功率的增加會(huì)導(dǎo)致配套電機(jī)的電流加大，當(dāng)因電流加大產(chǎn)生的溫度高于電機(jī)絕緣材料的極限耐熱溫度時(shí)，電機(jī)的絕緣材料就會(huì)被燒毀，導(dǎo)致電機(jī)失效。通過(guò)多年的運(yùn)行，離心式水泵存在的問(wèn)題是，能耗大，效率低，使用壽命短，一般3～5年，因此，為了提高泵站效率，在農(nóng)村供水工程中我們選用QJ立式潛水泵，它不僅是一種較好的節(jié)能型水泵系列，而且這種水泵不用灌水或抽真空，使用方便，經(jīng)久耐用，還可進(jìn)行自動(dòng)化控制。但這種系列的水泵安裝需要設(shè)置泵井，下面介紹幾種泵井形式，供參考。

2 泵井的結(jié)構(gòu)

泵井是安裝QJ立式潛水泵的豎井，為圓形鋼管或混凝土管結(jié)構(gòu)，直徑325mm,深度3～5m。

3 泵井形式確定

根據(jù)地形及蓄水池的位置，我們將泵井設(shè)計(jì)為四種形式。

3.1 池底式泵井

池底式泵井是在蓄水池底部修建的泵井，即在蓄水池底部開(kāi)挖一眼3～5m的井，然后放入一根管道底部焊接盲板的DN325直立鋼管（或混凝土井壁管），盲板采用10 mm厚的鋼板，最后管口與池底用混凝土澆筑。其結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。這種泵井適合在易開(kāi)挖的土層中采用。這種形式在堯都區(qū)峪里供水工程中應(yīng)用，目前運(yùn)行良好。

3.2 自由式旁通泵井

自由式旁通泵井是在蓄水池的旁邊，修建一眼用于安放潛水泵的泵井，在蓄水池和泵井底部安裝一根連接管道，利用連通器的原理將蓄水池內(nèi)的水源源源不斷的輸入泵井，由于泵井頂部有自由水面，故稱(chēng)之為自由式旁通井，泵井內(nèi)水面與蓄水池水面為同一水面。其結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖2。這種泵井適合于山區(qū)池底土層堅(jiān)硬或舊池不宜開(kāi)挖的改造泵站中采用。

3.3 壓蓋式旁通泵井

壓蓋式旁通泵井是在蓄水池的旁邊，修建一眼用于安放潛水泵的泵井，位置低于蓄水池，與自由式旁通井不同的是這種泵井沒(méi)有自由水面，泵井內(nèi)的水流是承壓水。泵井建好后，先將水泵放入井管內(nèi)，再在鋼制井口用一片安裝了水泵泵管的盲板封堵井口，使井內(nèi)水源處于有壓狀態(tài)。這種泵井適合于水池高、泵站低的情況下采用。結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖3。這種泵井的關(guān)鍵是要做好盲板上的電纜止水裝置，井內(nèi)電纜長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為泵井高度的1.5倍，這樣有利于維修井泵。

3.4 虹吸式旁通泵井

虹吸式旁通泵井與自由旁通泵井結(jié)構(gòu)及原理相同，不同點(diǎn)是前者將旁通管安裝在蓄水池上部，后者將旁通管安裝在蓄水池底部。當(dāng)水池水位超過(guò)虹吸式旁通管駝峰部位時(shí)，池內(nèi)水流就會(huì)通過(guò)旁通管進(jìn)入泵井，當(dāng)池內(nèi)水位下降時(shí)，旁通管內(nèi)的水流在虹吸作用下仍然能夠進(jìn)入泵井，虹吸式旁通井適應(yīng)于不宜在池壁底部安裝旁通管的蓄水池使用。詳見(jiàn)結(jié)構(gòu)圖4

為了改善水泵水流進(jìn)水條件，減少進(jìn)水設(shè)施的水頭損失，提高效率，旁通管的直徑應(yīng)大于水泵出水管直徑2倍以上，泵井直徑應(yīng)大于水泵泵身直徑1.5倍以上。

4 泵井技術(shù)的特點(diǎn)

堯都區(qū)水利局在農(nóng)村供水工程中，創(chuàng)造性地應(yīng)用了泵井技術(shù)，通過(guò)近幾年的運(yùn)行，泵井技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）效率高、能耗低、工程耐用。按照《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，泵站裝置效率不應(yīng)低于部頒標(biāo)準(zhǔn)54.4%，能源單耗不應(yīng)高于5kW·h/1000 t·m，泵站裝置效率是水泵、電機(jī)、傳動(dòng)裝置、管道、進(jìn)水池、輸配電設(shè)備效率的乘積，它是衡量泵站設(shè)計(jì)性能的綜合指標(biāo)。GC、GCA系列鍋爐給水泵效率一般為20%～40%，TSWA型臥式多級(jí)離心泵效率一般為27%～44%，ISG系列管道泵效率一般在25%～46%，PW污水泵效率一般為58%～67%，QJ系列立式潛水泵效率一般為68%～81%。在泵井技術(shù)設(shè)計(jì)中選擇QJ系列立式潛水泵，達(dá)到效率高的目的，符合規(guī)范要求。一般來(lái)說(shuō)，高效率的水泵，不僅效率高，而且也耐用，但價(jià)格相對(duì)較貴。需要注意的是：在同樣流量、同樣揚(yáng)程的情況下，選擇高效率的水泵，雖然水泵投資較高，但配套電機(jī)的功率、低壓輸電導(dǎo)線(xiàn)截面、啟動(dòng)柜和變壓器容量會(huì)減少，這部分設(shè)備相應(yīng)投資會(huì)減少，因此，綜合計(jì)算高效率的泵站總的投資不會(huì)比低效率的泵站投資高。

（2）實(shí)用、噪音小、安全性能好。一般，離心泵、混流泵、軸流泵安裝在地面上，運(yùn)行時(shí)噪音大、安全性不好，泵井技術(shù)水泵安裝在泵井內(nèi)，安全性好，同時(shí)噪音小。

（3）易操作、工程適應(yīng)性強(qiáng)。泵井技術(shù)采用潛水泵易操作，同時(shí)工程適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)于山區(qū)、平川、丘陵地，特別是在山區(qū)人口少，地形高差大，選用的水泵流量小，揚(yáng)程高，泵井技術(shù)是最好的技術(shù)。

5 泵井技術(shù)應(yīng)用中需注意的問(wèn)題

5.1 需設(shè)置水泵止回閥及退水閥設(shè)置

潛水泵雖然在泵體出水口處設(shè)有止回裝置，但其材質(zhì)是鋁合金，在較大水錘作用下水泵自帶的止回裝置就會(huì)破損失靈，電機(jī)在高速反轉(zhuǎn)的水流沖擊下，產(chǎn)生強(qiáng)大的逆電流，很容易燒毀電機(jī)內(nèi)部的線(xiàn)圈。因此必須在水泵出口處設(shè)逆止閥。逆止閥的設(shè)置后，必須考慮到管道冬季防凍的需要加設(shè)退水裝置，建議采用圖5型式。

圖5 逆止閥及退水裝置

5.2 泵站的自動(dòng)化控制

為減輕泵站工作人員的負(fù)擔(dān)，提高工作效率，有必要在供水泵站及高水位蓄水中設(shè)置自動(dòng)化控制系統(tǒng)，即自動(dòng)上水裝置。下面介紹三種實(shí)用性自動(dòng)上水裝置。

第一種 浮球開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)。這是一種利用漂浮在蓄水池水面上的電子浮球開(kāi)關(guān)，根據(jù)液位高低變化通過(guò)電纜控制水泵開(kāi)停的自動(dòng)控制裝置。它適合于泵站距水池距離小于800 m的條件下使用，特點(diǎn)是投資少，運(yùn)行安全可靠。

第二種 液位傳感自動(dòng)控制系統(tǒng)。這是一種由液位傳感儀、變送器、顯示控制箱和連接水泵電機(jī)的導(dǎo)線(xiàn)組成的自動(dòng)上水裝置系統(tǒng)。它適合于泵站距水池距離大于800 m的條件下使用。特點(diǎn)是：導(dǎo)線(xiàn)細(xì)，可控距離遠(yuǎn)，可靠性強(qiáng)。

第三種 安裝恒壓變頻柜控制水泵的開(kāi)停，同時(shí)可以安裝定時(shí)設(shè)備，做到水泵定時(shí)自動(dòng)開(kāi)停。特點(diǎn)是投資大，運(yùn)行安全可靠，自動(dòng)化程度高，適用性強(qiáng)。

6 泵井技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

堯都區(qū)從2009年開(kāi)始應(yīng)用泵井技術(shù)，由于受投資，技術(shù)等各種因素的制約，經(jīng)過(guò)近幾年的運(yùn)行，存在以下幾方面的問(wèn)題，具體如下：

（1）泵井技術(shù)創(chuàng)新性有待提高。這主要表現(xiàn)在自動(dòng)化控制上，由于資金有限，沒(méi)有大膽推廣國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的自動(dòng)化控制設(shè)備，目前采用的大多是半自動(dòng)化，只做到了水泵的自動(dòng)開(kāi)停，還需進(jìn)一步的創(chuàng)新。

（2）泵站的設(shè)計(jì)水平有待提高。泵站的設(shè)計(jì)必須具備精湛的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和較強(qiáng)的解決實(shí)際問(wèn)題的能力，由于我們水平有限，造成了泵站設(shè)計(jì)上的欠缺和不足，水泵選型不合理，設(shè)計(jì)的泵站效率不高，還需進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)水平。

（3）設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性有待提高。泵站為達(dá)到高效、節(jié)能穩(wěn)定、可靠，必須選用企業(yè)規(guī)模大，技術(shù)水平高，生產(chǎn)工藝好，技術(shù)性能好的設(shè)備。

7 結(jié)語(yǔ)

近幾年，堯都區(qū)水利局在農(nóng)村供水工程中推廣應(yīng)用了泵井技術(shù)，不僅解決了供水工程泵站壓力的要求，而且效率高、能耗低，安全可靠，運(yùn)行良好，深受群眾歡迎，值得推廣。