川南丘陵地區(qū)中小型電力提灌站集成潛水泵的推廣應(yīng)用

馬 強,符 剛,鐘明富

(四川省自貢市農(nóng)牧業(yè)局農(nóng)機管理站，四川 自貢 643000)

川南丘陵地區(qū)中小型電力提灌站集成潛水泵的推廣應(yīng)用

馬 強,符 剛,鐘明富

(四川省自貢市農(nóng)牧業(yè)局農(nóng)機管理站，四川 自貢 643000)

本文簡要闡述了我國西南丘陵河流等區(qū)域提灌站修建和改造的必要性，以常規(guī)型臥式離心水泵為核心建造的提灌站在安全性、適用性、方案規(guī)劃等方面存在缺陷限制了提灌站的大面積建設(shè)，提出以潛水泵為動力的結(jié)構(gòu)集成型提灌站的組成結(jié)構(gòu)和工作原理。并根據(jù)2種類型提灌站實際建設(shè)成本，控制性能等方面比較說明結(jié)構(gòu)集成型提灌站是今后提灌站推廣的可靠應(yīng)用方向，能在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的建設(shè)中發(fā)揮成效。

水泵；地面泵；潛水泵；集成

川南丘陵地區(qū)海拔一般在250～600m之間，丘谷高差50～200m，多呈階梯狀分布，河流分布在低海拔區(qū)域，河岸傾角10°～60°不等，較少有適宜修建提灌站的淺灘。區(qū)域水資源豐富，土地肥沃，可種植水稻、油菜、玉米等農(nóng)作物，是重要的油料和糧食產(chǎn)地。中小型電力提灌站作為農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施，在保障農(nóng)村居民生產(chǎn)生活用水、強化農(nóng)村對災(zāi)害天氣的抗性、發(fā)展規(guī)模型畜牧和養(yǎng)殖業(yè)等有重要作用。上世紀60年代至今，我國大力發(fā)展水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，由于技術(shù)和資金的限制，泵房、水泵和電機的安裝和修建，在滿足使用性能的前提條件下依山而建。大部分采用臥式清水離心泵，以最匹配地形和節(jié)約成本的方式修建，由于有專人看管，較少考慮使用、維護成本和安全裝置，存在一定的缺陷。而這種電力提灌站在長達20～30年的使用過程中，超過了15～20年的使用期限[1],卻保障了農(nóng)村產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和廣大農(nóng)戶的生活用水。已建的臥式地面泵提灌站大部分存在以下問題。

(1)部分提灌設(shè)備修建時間久，已經(jīng)老化；且由于修建時資金缺乏、技術(shù)不成熟，電機和水泵的布局不太合理，配套使用的電器設(shè)備裸露，安全隱患突出[2]。

(2)隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展、人口老齡化和農(nóng)村勞動力流失嚴重，提灌設(shè)備較少有專人管理，有專人看管的提灌站也缺乏資金進行日常維護。同時農(nóng)村產(chǎn)業(yè)不斷升級轉(zhuǎn)型，高海拔坡地的開發(fā)利用，用水需求和面積的擴大，設(shè)備性能不能滿足實際使用需求，水泵功率出現(xiàn)不匹配情況[3]。

(3)隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的逐漸普及，將勞動密集型、效率低、生產(chǎn)落后的舊農(nóng)業(yè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)楹喖s、高效、安全、環(huán)保的新型模式是今后農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。臥式提灌站占地面積廣，必須配備泵房，且提灌站多修建在人群居住地，在使用和防盜安全上不能有效保障[4]。

(4)臥式離心泵對地理條件的適應(yīng)性較差，不能有效的應(yīng)對洪水。使用成本高，需要單獨修建支架用于電機的起吊，以防止洪水的淹沒。同時受地理條件制約明顯，存在部分缺水區(qū)域無法修建提灌站或修建成本過高的可能。

興建具有現(xiàn)代科技特色的提灌設(shè)備，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，逐步整改、維護和替換舊的提灌站十分必要。

1 常規(guī)型地面泵提灌站

1.1 組成結(jié)構(gòu)

常規(guī)型臥式離心泵在提灌站中的應(yīng)用適用于池塘與池塘之間、池塘與農(nóng)作物田土之間水體的搬運。但由于技術(shù)和使用、維護等原因，在過去的30年間，川南丘陵地區(qū)的河流、水庫等水位受環(huán)境影響變化大的提水區(qū)域，較多的應(yīng)用到常規(guī)性水泵進行提水。根據(jù)提水的需求(流量和揚程)，常見的清水離心泵有IS型泵系單級單吸離心泵、S型單級雙吸離心泵、D型多級離心泵，所有常規(guī)泵在應(yīng)用中多為臥式安裝。包括進水部分、動力部分、控制部分、泵房和出水部分。進水部分由彎頭、法蘭、進水管道、支墩和帶有濾網(wǎng)的底閥組成；底閥深入水下，低于最低水位500mm左右，確保在排灌季水泵能正常提水，較大雜物不被吸入，一般不考慮進水吸程。動力部分由電力和水泵組成，與進水管道相連，在管道尺寸與水泵進水口不匹配時，要在連接前段安裝排氣閥；動力裝置是提灌站核心部分，要嚴格依照灌溉需求，選擇合適機型。控制部分由閘閥、多功能控制閥(止回閥)、配電箱和控制柜組成，主要起到保護水泵電機、控制提水的作用。泵房內(nèi)掛提灌站使用安全細則，同時保護水泵電機運行和使用安全。出水部分與多功能控制閥或止回閥連接，由出水鋼管、PE管、法蘭、鎮(zhèn)墩等組成，可將水體經(jīng)水泵直接排出或排入蓄水、渠道等引水設(shè)施，可實現(xiàn)較遠距離輸送。

1.2 性能介紹

常規(guī)型水泵修建在泵房內(nèi)，安裝方便，后續(xù)的檢修、維護也極易操作。但水泵與電機通過聯(lián)軸器直接相連，在提灌站使用過程中存在一定安全隱患，需要動力裝置合理布局和架設(shè)保護裝置，占地面積較大。西南丘陵河流和水庫洪水位、正常水位和枯水位等水位變化較大的區(qū)域提灌站在修建過程中，需要在近水源地帶有較開闊、平坦，且足夠大的地方安置泵房，同時需要修建吊腳樓、滑軌或機臺，對地理位置要求高。農(nóng)村灌水面積的擴大，建設(shè)適應(yīng)性更強的提灌站很有必要。同時隨著農(nóng)村勞動力的轉(zhuǎn)移、洪水的不定期來臨，也進一步凸顯常規(guī)性水泵在日常排灌使用過程中的缺陷。

2 結(jié)構(gòu)集成型提灌站

考慮到常規(guī)型臥式提灌站在實際應(yīng)用中的缺陷，潛水泵的應(yīng)用讓提灌站的建設(shè)從結(jié)構(gòu)和工作原理有了較大的突破。結(jié)構(gòu)集成型提灌站是通過另一種提水形式優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，以整體裝成、適應(yīng)性強為思路指導設(shè)計的。整個提灌站的建成包括5個部分，分別是進水部分、工作集成部分、泵房、控制部分和出水部分組成。集成型提灌站由于吸水原理的差異，進水管設(shè)置在罐體頂端，需要在進水管底部連接底閥，防止提灌站停轉(zhuǎn)時水管內(nèi)水體下漏，而影響下次啟動，進水部分結(jié)構(gòu)與常規(guī)型相近。集成潛水泵是將水泵和進水罐體集成在一起，頂端安裝進水和排氣閥，進水口位于罐體上端，頂部有法蘭與出水管連接。工作部分為集成罐體和連接輸送管道組成；集成潛水泵采用真空吸水的工作原理，水泵在啟動前應(yīng)注水至進水管底端高度，水泵運轉(zhuǎn)一段時間，隨著罐體內(nèi)部水位的降低，形成負壓，引導水源水流入罐體使水泵能連續(xù)供水作業(yè)。集成型提灌站將整個動力和蓄水部分集成在一起，安裝更加便利，對環(huán)境的適應(yīng)能力更強。動力集成裝置為真空提水，密閉性能良好，由于啟動需求，頂端設(shè)置進水和排氣閥，需要考慮吸水揚程，集成罐體一般距水面高度1000～3000mm?？刂撇糠旨氨梅靠朔顺Ｒ?guī)型水泵的缺陷，可以遠離水源修建，其余部分結(jié)構(gòu)無太大優(yōu)化。

3 性能比較

3.1 經(jīng)濟性

提灌站為農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)具有普遍性，建設(shè)的成本是衡量提灌站方案的重要指標之一。以川南自貢市為例，河流和水庫區(qū)域的提水提灌站有將近800臺。大部分提灌站設(shè)施隨著農(nóng)村現(xiàn)狀及自身的老化等情況亟待維護改建。同樣流量和功率的提灌站，在建設(shè)成本上極大的差異，以集成潛水泵為動力核心的提灌站，修建成本明顯較低。一臺37kW的流量為160m3的水泵，常規(guī)型水泵的提灌站修建成本為7～8萬元，而潛水泵提灌站的修建成本約為4.5萬元，平均沒做提灌站可節(jié)約2～3萬元成本。同時，常規(guī)型提灌站在水位落差大的河流和水庫周邊，需要時刻注意洪水位，一般需配備吊角樓，一座高度為6000mm的吊角樓成本約為5萬元，且農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移嚴重、河流漲水的不確定性嚴重制約了常規(guī)型水泵的發(fā)展。建設(shè)成本更低，安全性能更加優(yōu)異的結(jié)構(gòu)集成提灌站很有必要。

3.2 可控性

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要控制性能更優(yōu)異的提灌站提供水源，目前結(jié)構(gòu)集成型提灌站采用電接點壓力控制表自動檢測并控制水泵運轉(zhuǎn)，精度高。具體原理是電接點壓力控制表安裝在閘閥前、罐體后，用于監(jiān)測連接段管體壓力，當提灌站進水管堵塞或水位下降到無法吸水的程度時，沒有水體在鋼管流動，壓力為0，電接點壓力表自動斷開電壓，保護潛水泵不會因為空轉(zhuǎn)發(fā)熱而燒機。由于集成提灌站工作原理的差異，鋼管為真空結(jié)構(gòu)，而常規(guī)型提灌站不具備該結(jié)構(gòu)，而不適用這種控制方式，控制性能較差。推廣并應(yīng)用帶有點接點壓力控制裝置的集成提灌站是發(fā)展自動控制、遠程控制農(nóng)業(yè)的實用方式。

3.3 適應(yīng)性

結(jié)構(gòu)集成型提灌站是以集成罐體實現(xiàn)整體安裝的，在地形適應(yīng)方面，不受河灘或水庫沿岸傾角過大的限制，基本可以認定為在水源附近任意地點固定即可，甚至在水源不太湍急的區(qū)域可以置于水中，確保提灌站不因吸水揚程而出現(xiàn)故障；泵房的修建可以依據(jù)地勢和電源情況選擇遠離水源區(qū)域修建，目前川南自貢市以集成結(jié)構(gòu)修建的提灌站最遠達到400余m。而相應(yīng)的常規(guī)型提灌站在適應(yīng)程度上受到極大限制，丘陵水源附近不易找到適合修建的位置，導致修建成本遠高于預(yù)算。適應(yīng)能力的強弱是推廣提灌站基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)集成型提灌站具備該種條件。

4 發(fā)展方向與結(jié)語

提灌站的修建對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了巨大的推動作用，是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民生活用水的重要農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施。隨著離心泵技術(shù)的進步，今后提灌站的修建形式、安裝便利程度、單位時間灌溉效率將有極大改觀。提灌站的修建，朝著更簡潔、高效、易管理等方向發(fā)展；離心泵并聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用[5]，可以提高電力提灌站的綜合效益，使用更靈活；地面泵的技術(shù)升級，讓提灌站輸出的流量和揚程更大、更高，提灌站的修建和管理變得可控；真空集成潛水泵技術(shù)的運用，提灌站的修建不再因依據(jù)地勢而沒有統(tǒng)一的修建標準，更集約、更安全的提灌站修建成為可能?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需要的提灌站應(yīng)該更加智能、更易管理控制、較少人為參與、應(yīng)對環(huán)境變化抵抗能力強、改造環(huán)境輕，能形成統(tǒng)一的建設(shè)標準，具備標準化、規(guī)范化的修建模式，形成可控的灌溉網(wǎng)絡(luò)，方便今后的規(guī)?；r(nóng)業(yè)發(fā)展。集約程度高的潛水提灌站是推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，可作為今后長期研究的重要方向之一。

[1]侯流川.宜賓市提灌站建設(shè)的淺思[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2012,32(05):32.

[2]李玉英.大力改造農(nóng)村提灌站之我見[J].當代農(nóng)機,2012(03):72-74.

[3]曾日良.機電排灌站的技術(shù)改造及管理初探[J].機電信息,2015(36):162-163.

[4]蘇卓凡.談機電排灌站技術(shù)改造措施[J].科技資訊,2010(12):53.

[5]廖功磊,劉長樹,賴加力,等.離心泵并聯(lián)技術(shù)在電力提灌站建設(shè)中的應(yīng)用[J].四川農(nóng)機,2008(06):33-35,38.