李林強(qiáng)　傅定文　宋振宇　楊德先　敖選

摘 要：灌溉農(nóng)業(yè)在大背景下發(fā)展的越來越好，各種各樣的灌溉裝置相繼出現(xiàn)，水泵在提水灌溉中占有非常重要的地位。水泵在工作過程中極易造成損壞的一個重要原因是水中含有大量的泥沙和污垢雜質(zhì)，會堵塞水泵、損壞葉片、燒壞電機(jī)等一系列問題，嚴(yán)重影響灌溉系統(tǒng)的正常使用和造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。水泵60%以上都是在江河流域使用，由于泥沙問題致使損壞的幾率占70%左右[1]。為解決這一問題，將水源的泥沙除去是關(guān)鍵問題，利用沉沙池原理和泥沙泵進(jìn)行有機(jī)組合成一種應(yīng)用于江河提水灌溉的排污除泥裝置，可有效解決水泵損壞問題，降低江河提水灌溉系統(tǒng)的日常維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：灌溉；水泵；泥沙；沉沙池

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類的進(jìn)步，人類越來越依賴科技對農(nóng)業(yè)所產(chǎn)生的影響，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)文明的實現(xiàn)，不僅滿足了人類對能源、資源的需求，同時也推動了經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，意味著對傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)與社會組織的顛覆與改造?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)文明帶給當(dāng)代人類的不僅僅是一種新能源，更是繼工業(yè)革命之后的又一次經(jīng)濟(jì)形態(tài)轉(zhuǎn)型的新革命。灌溉農(nóng)業(yè)在大背景下發(fā)展的越來越好，各種各樣的灌溉裝置相繼出現(xiàn)，水泵在提水灌溉中占有非常重要的地位。

隨著農(nóng)業(yè)灌溉需求的擴(kuò)大，大、中型提水灌溉項目越來越多，在水泵的應(yīng)用上，高揚(yáng)程大流量的水泵，真葉輪間隙很小，水泵易被泥沙阻塞后輕則停止工作，重則燒壞電機(jī)，泥沙會損壞水泵葉片，影響正常生產(chǎn)且?guī)韲?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。這類問題在江河流域抽水更是麻煩，江河受雨季影響含泥沙量都比較大，抽水過程中泵損壞幾率更大，半年甚至幾個月就得重新更換水泵。

為了解決這個問題，現(xiàn)在大多數(shù)都是在抽水點建設(shè)沉沙池，然后定期對池子底部進(jìn)行清理，但由于江河中含泥沙量較大，短時間內(nèi)就需要清理泥沙，這樣產(chǎn)生高昂的維護(hù)費(fèi)用，增加了勞動成本，且各地條件不一樣，清理難度極大，維護(hù)都比較困難。

一、排污除泥技術(shù)原理

江河水流中的砂如果不預(yù)先沉降分離去除，則會影響后續(xù)處理設(shè)備的運(yùn)行。最主要的是磨損機(jī)泵、堵塞管網(wǎng)，干擾甚至破壞生化處理工藝過程。沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm，密度大于2.65g/cm2的砂粒，以保護(hù)管道、閥門等設(shè)施免受磨損和阻塞。其工作原理是以重力分離為基礎(chǔ)，使得比重大的顆粒下沉。泥沙泵是用于抽取泥沙作業(yè)的雜質(zhì)泵，潛水泥沙泵，是電機(jī)與水泵同軸潛入水中工作的，該泵過流部件采用高合金耐磨材料制造，具有較好的耐磨性，過流通道大。潛水泥沙泵吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)設(shè)計制造，獨(dú)特的密封裝置能夠有效平衡油室內(nèi)外壓力，最大限度保護(hù)了機(jī)械密封的可靠性，電機(jī)采用過熱保護(hù)、進(jìn)水檢測保護(hù)等多種保護(hù)措施，能夠在惡劣的工況條件下長期安全的運(yùn)行。在沉沙池中輔助以濾網(wǎng)和泥沙泵裝置可自動去除泥沙。其原理分級沉降泥沙，沉降池底部設(shè)計為錐形漏斗裝置，最底安裝大間隙泥沙泵，每天定時控制排污，不讓泥沙堆積，此裝置簡潔實用，其實際應(yīng)用效果良好。

二、排污除泥裝置

1.裝置工作流程

江河流域提水灌溉的排污除泥裝置，如圖1和圖2，包括沉沙池Y1、Y2、Y3，濾網(wǎng)L1、L2、L3，泥沙泵A、B，抽水泵B1、B2、B3。工作原理為：水在經(jīng)濾網(wǎng)L1、L2、L3后泥沙在Y1和Y2底部聚集，泥沙泵A、B在抽水泵B1、B2、B3停止工作期間將泥沙混合水抽出Y1、Y2底部，達(dá)到排污除泥目的。

沉沙池Y1、Y2、Y3：原理是以重力分離為基礎(chǔ)，沉砂池主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm，密度大于2.65 g/cm2的砂粒，以保護(hù)管道、閥門等設(shè)施免受磨損和阻塞。且Y1和Y2池子底部為倒立的四棱錐，便于泥沙聚集。濾網(wǎng)L1、L2、L3：濾網(wǎng)層層過濾，濾網(wǎng)間隙逐級遞減，水中泥沙被迫沉入池底。泥沙泵A、B：泥沙泵A安裝于Y1池子最底部，在抽水泵B1、B2、B3停止工作期間啟動，將池子Y1底部的泥沙混合水抽出Y1；泥沙泵B安裝于Y2池子最底部，與A同時啟動工作，將池子Y2底部的泥沙混合水抽出Y2。抽水泵B1、B2、B3：水流經(jīng)過L3之后流入Y3的水已經(jīng)達(dá)到抽水泵工作允許的范圍，經(jīng)B1、B2、B3抽送到達(dá)目標(biāo)點。沉砂池Y1、Y2每天的排污次數(shù)N1、N2，滿足N1>N2，污水泵真葉輪間隙要S1、S2，滿足S1>S2。

2.裝置實施建設(shè)

如圖3，排污除泥裝置為：沉沙池Y1、Y2、Y3的容積和深度逐級遞增，Y1和Y2的池子底部為倒立的四棱椎，棱錐錐度大于350，便于泥沙沉降。濾網(wǎng)L1、L2、L3為網(wǎng)格間隙距離逐漸減小的鐵絲網(wǎng)，逐級過濾泥沙，便于沉入池底。分別安裝于沉沙池頂部對角位置。泥沙泵A、B安裝于L1和L2池子底部。抽水泵安裝于Y3池子底部邊緣。

在安裝建設(shè)使用過程中，先挖掘建設(shè)一個容積和深度逐級遞增的三級沉沙池，并將沉沙池一二級底部設(shè)置為倒立的四棱椎；將三個間隙逐級減小的濾網(wǎng)分別安裝于沉沙池隔離邊的對角位置；池子建設(shè)完成后在Y1和Y2池子最底部安裝泥沙泵A和B；在Y3池子的底部邊緣安裝抽水泵B1、B2、B3；最后安裝建設(shè)管網(wǎng)和線路；A和B在抽水泵停止工作期間啟動工作，將Y1和Y2池子底部的泥沙混合水抽出，達(dá)到排沙除泥之用，以提高抽水泵的使用壽命和降低抽水系統(tǒng)的維護(hù)成本。

三、 應(yīng)用前景分析

中國是一個農(nóng)業(yè)歷史悠久的國家，農(nóng)業(yè)在整個國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。自1949年新中國成立以來，尤其是80年代改革開放以來，中國的農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，如今國家對農(nóng)業(yè)的越來越重視，糧食價格持續(xù)走高、以及氣候問題引發(fā)逐年的旱澇問題，諸多因素引發(fā)了全球?qū)r(nóng)用水泵的需求持續(xù)上漲。近年，全球糧食價格持續(xù)走高，預(yù)計未來三到五年全球農(nóng)田灌溉投資可能將大幅增長，帶動全球農(nóng)業(yè)水泵需求提升。21世紀(jì)以來，全球農(nóng)產(chǎn)品價格，剝離通脹因素，已經(jīng)增長近100%，2011年，全球糧食價格創(chuàng)下來了90年代以來的新高。這種糧食價格持續(xù)高漲的情況預(yù)計將推動類似于上世紀(jì)70年代大規(guī)模農(nóng)田灌溉投資的歷程，帶動全球農(nóng)用水泵需求增長。太陽能水泵亦稱光伏水泵，是當(dāng)今世界上陽光豐富地區(qū)，尤其是缺電無電的邊遠(yuǎn)地區(qū)最具吸引力的供水方式，利用隨處可取、取之不竭的太陽能，系統(tǒng)自動地日出而作，日落而歇，無需人員看管，維護(hù)工作量可降至最低，是理想的集經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保效益為一體的綠色能源系統(tǒng)。光伏水泵系統(tǒng)是中電電氣太陽能研究院繼光伏（風(fēng)力）電站、光伏建筑一體化、光伏照明系統(tǒng)之后的另一種新能源應(yīng)用系統(tǒng)。

中國產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示：2012年中國泵產(chǎn)量為8502.03萬臺，同比下降4.15%，2013年中國泵產(chǎn)量為9346.65萬臺，同比下降0.37%，2014年中國泵產(chǎn)量為12402.58萬臺，同比增長5.67%。

圖4中數(shù)據(jù)表明中國使用水泵數(shù)量是巨大的，而這些水泵中有超過60%的量是在江河流域使用，也就每年有超過7500萬臺的水泵在工作環(huán)境極其惡劣的泥沙下工作，這造成的經(jīng)濟(jì)損失和水泵維護(hù)成本是極其巨大。發(fā)展推廣使用江河提水排污除泥裝置極其重要，前景廣闊，市場容量大。

四、結(jié)語

加快江河流域提水系統(tǒng)排污除泥技術(shù)的研究和發(fā)展是加快現(xiàn)代化灌溉產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵，對提高中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)量至關(guān)重要。江河流域提水灌溉排污除泥裝置采用分級沉降泥沙，沉降池底部設(shè)計為錐形漏斗裝置，最底安裝大間隙泥沙泵，每天定時控制排污，不讓泥沙堆積，此裝置簡潔實用，其實際應(yīng)用效果良好，能有效解決因泥沙阻塞而導(dǎo)致水泵損壞影響灌溉系統(tǒng)的正常運(yùn)營的問題，減少系統(tǒng)維護(hù)成本，降低生產(chǎn)成本，在生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能等方面具有重要的社會效益。

參考文獻(xiàn)：

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