試析灌溉泵站設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及水泵選型

【摘要】泵站工程設(shè)計(jì)中的最重要就是水泵的選型問題，選型是否合理，它直接關(guān)系到泵站工程的投資、建成后的運(yùn)行費(fèi)用以及供水安全。水泵選型必須根據(jù)工程的具體情況來確定合適的水泵型號與臺數(shù)。選型的基本依據(jù)是泵站工程規(guī)劃中所確定的設(shè)計(jì)參數(shù)，就是所在泵站的流量、揚(yáng)程和變化規(guī)律。本文對灌溉泵站的設(shè)計(jì)參數(shù)確定和選型問題進(jìn)行了討論，提出了設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及水泵選型的方法。

【關(guān)鍵詞】灌溉泵站；流量；揚(yáng)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(guān)于建設(shè)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(diào)水泵站和各類小型泵站。在不遠(yuǎn)的未來，泵站工程發(fā)展的趨勢是：在規(guī)劃設(shè)計(jì)上更加注重動能經(jīng)濟(jì)和綜合利用，更加講究工程的經(jīng)濟(jì)效益；在機(jī)組選用上也愈發(fā)趨于大型化、高速化和裝置形式多樣化；并在運(yùn)行管理上實(shí)現(xiàn)自動化和節(jié)能化節(jié)水。泵站設(shè)計(jì)參數(shù)包括設(shè)計(jì)流量和和設(shè)計(jì)揚(yáng)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(guān)的用水需求。本文主要針對泵站設(shè)計(jì)參數(shù)的確定以及泵站選型進(jìn)行簡要論述。

一、水泵參數(shù)的確定

1.1 水泵設(shè)計(jì)流量的確定

1.1.1 灌溉設(shè)計(jì)流量是在一定的灌溉設(shè)計(jì)保證率情況下的灌溉用水量，對于大、中型灌溉區(qū)，可根據(jù)灌溉面積、歷年的灌水率圖以及灌水利用系數(shù)、求得歷年灌溉用水流量，選擇灌水持續(xù)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(jìn)行頻率分析，選擇符合灌溉設(shè)計(jì)保證率的流量作為設(shè)計(jì)引水流量。

1.1.2 設(shè)計(jì)流量計(jì)算：我們首先需要確定控制區(qū)內(nèi)各種作物灌溉定額，如要達(dá)到農(nóng)作物高額而穩(wěn)定的增產(chǎn)，必須要有充分的水源供給。根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shù)據(jù)還與土壤、深翻有關(guān)。泵站抽灌每天的工作時間為20h，根據(jù)小麥生長期的需水量定額，農(nóng)作物占灌溉面積的比例，綜合考慮灌溉實(shí)際需求來計(jì)算流量。

1.2 灌溉泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程的確定因素

灌溉泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程是被設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程加上進(jìn)出水流道的損失水頭確定的，設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程是指水池與進(jìn)水池的設(shè)計(jì)水位兩者之差。由此可見，出水池和進(jìn)水池的設(shè)計(jì)水位、進(jìn)出水流道的損失水頭就是確定泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程的三要素。

1.2.1 出水池設(shè)計(jì)水位

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

1.2.2 進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位

灌溉泵站進(jìn)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(shè)計(jì)流量等于渠道的設(shè)計(jì)流量，進(jìn)水池設(shè)計(jì)水位應(yīng)該和渠道的設(shè)計(jì)水位相對應(yīng)。對于臨河式泵站，泵站設(shè)計(jì)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(jié)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(shè)計(jì)水位，從渠道取水時，以渠道通過設(shè)計(jì)流量時的水位為設(shè)計(jì)水位。

1.3 水泵平均凈揚(yáng)程的確定

水泵平均凈揚(yáng)程是泵站正常運(yùn)行歷時最長的工作揚(yáng)程。選擇水泵時應(yīng)使其在該揚(yáng)程工況下處于最高效區(qū)，這樣可以使水泵運(yùn)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(jìn)、出水池的平均水位的差作為泵站平均凈揚(yáng)程。對于流量和水位變化幅度都比較大的大、中型泵站，應(yīng)按水量加權(quán)平均的方法來確定平均凈揚(yáng)程。該方法是根據(jù)水文系列資料在泵站運(yùn)行期的分段平均凈揚(yáng)程、流量和歷時進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算。

1.4 水泵臺數(shù)的確定：泵站水泵臺數(shù)，應(yīng)該是滿足泵站設(shè)計(jì)流量所需的是泵臺數(shù)與備用水泵臺數(shù)之和。

水泵臺數(shù)的多少對泵站有著非常大的影響。因此臺數(shù)越多，越容易適應(yīng)不同時期灌溉排流量的要求，在運(yùn)行中個別機(jī)組發(fā)生故障對灌排的影響也越小。在設(shè)備總?cè)萘恳欢ǖ那闆r下，臺數(shù)越少，建站投資越小，單機(jī)容量越大其運(yùn)行效率越高，需要的運(yùn)行管理人員及維修費(fèi)用越少。

一般泵臺數(shù)以4～8臺為宜。對于灌溉泵站，當(dāng)流量小于1立方米每秒時可選用兩臺；當(dāng)流量大于1立方米每秒時可選用不少于3臺；當(dāng)出水管較長，水泵并聯(lián)布置時，水泵臺數(shù)應(yīng)于之相適應(yīng)；高揚(yáng)程提灌的梯級泵站，尤其是空流段的泵站，除根據(jù)流量要求確定主水泵的臺數(shù)外，還需考慮選配1～3臺流量較小，小的小型調(diào)節(jié)機(jī)組，以便在各種流量下運(yùn)行時，與上下級泵站相互配合、協(xié)調(diào)一致、避免棄水。

備用水泵的臺數(shù)，對于灌溉泵站，一般不超過設(shè)計(jì)流量所需水泵臺數(shù)的20%，或按設(shè)計(jì)選定的加大流量確定。對于多泥沙水源和裝機(jī)臺數(shù)少于5臺的泵站，備用水泵臺數(shù)可以適當(dāng)增加。

二、水泵選型

綜上所述，在水泵選型時，我們應(yīng)該遵循以下原則和方法。

先確定了水泵站的設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程后，并利用有關(guān)技術(shù)圖表，進(jìn)行確定水泵型號和規(guī)格，其方法如下：

2.1 要根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖褂脳l件和需要選擇來購買水泵，如果買來的水泵揚(yáng)程偏高或流量偏大，就會多花錢并造成電力浪費(fèi)，而且不能充分發(fā)揮水泵的能力。反之，則滿足不了生產(chǎn)的需要。

2.2 根據(jù)水泵性能表去選擇水泵，要做到揚(yáng)程配套和流量配套。首先注意揚(yáng)程配套。揚(yáng)程符合需要后，再看流量是夠符合需要。如果揚(yáng)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(jù)水泵銘牌上標(biāo)的配套功率去選購動力機(jī)。

2.3 使用水泵選型表選泵型，根據(jù)確定的設(shè)計(jì)揚(yáng)程和設(shè)計(jì)流量，在選型表中，查找出與設(shè)計(jì)揚(yáng)程相符合或相接近的流量數(shù)值。但有時會出現(xiàn)兩種泵型都滿足設(shè)計(jì)要求，此時，可以把這兩種泵型作方案比較，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(guī)格表選泵型，水泵廠在產(chǎn)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(shù)據(jù)，一般設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程應(yīng)與性能表列出的中間一行的數(shù)值相一致，或是相接近，而又必須落在上、下兩行的范圍內(nèi)，因?yàn)檫@個范圍是水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的高效率區(qū)域，這個型號的水泵就認(rèn)為是符合實(shí)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(qū)域全部綜合畫在同一張圖上，這就構(gòu)成了農(nóng)用水泵系列綜合型譜圖，該圖繪制比較復(fù)雜，但使用比較方便。

2.6 根據(jù)確定的設(shè)計(jì)流量個設(shè)計(jì)揚(yáng)程，在型譜圖上，首先在縱坐標(biāo)上以設(shè)計(jì)揚(yáng)程查找出符合揚(yáng)程需求，而流量不等的幾種水泵，然后再在橫坐標(biāo)上以設(shè)計(jì)流量來確定選用哪一種水泵。如果設(shè)計(jì)流量較大時，單泵未能符合要求，可考慮多機(jī)作業(yè)，但應(yīng)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(jù)水泵性能表去選擇水泵，要做到揚(yáng)程配套和流量配套。首先注意揚(yáng)程配套。揚(yáng)程符合需要后，再看流量是否符合需要。如果揚(yáng)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(jìn)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(dāng)個別進(jìn)口徑隨著比轉(zhuǎn)速的增大，效率值達(dá)到峰值，就不在繼續(xù)升高，反而會隨著比轉(zhuǎn)速的增大慢慢下降或趨于峰值平衡態(tài)。

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

四、水泵選型中應(yīng)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(qū)范圍寬廣、運(yùn)行效率較高、不同工況下軸功率變化小且結(jié)構(gòu)簡單、土建投資省等優(yōu)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(yīng)有限采用混流泵。

4.2 單機(jī)容量的大小、水泵臺數(shù)的多少都對泵站有著非常大的影響。在設(shè)備總?cè)萘恳欢ǖ那疤嵯?，臺數(shù)越多，越容易適應(yīng)不同時期灌溉排流量的要求，運(yùn)行中個別機(jī)組發(fā)生故障時對灌排的影響也越小，單設(shè)備的購置費(fèi)、土建工程費(fèi)及運(yùn)行管理費(fèi)較高；機(jī)組臺數(shù)越少時，對不同時期灌溉流量的適應(yīng)性與保證性都較差，而設(shè)備費(fèi)、土建費(fèi)、運(yùn)行管理費(fèi)將會減少。因此，水泵臺數(shù)的選擇，應(yīng)從工程造價、運(yùn)行管理、設(shè)備運(yùn)輸安裝以及土建施工等各個方面的優(yōu)劣程度，進(jìn)行綜合論證后確定。對灌溉泵站當(dāng)流量小于1立方米每秒時，水泵臺數(shù)應(yīng)不少于2臺，當(dāng)流量大于1立方米每秒時，不少于3臺。

五、結(jié)束語

本文對灌溉泵站的設(shè)計(jì)參數(shù)確定及水泵選型問題進(jìn)行了討論，只在為灌溉泵站設(shè)計(jì)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(shù)等資料的情況下，做出的泵站設(shè)計(jì)參數(shù)及水泵選型的簡單探討，在實(shí)際工作中，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際地形，所需灌溉的農(nóng)作物和灌區(qū)水源條件具體分析，應(yīng)用。

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