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(1.梓潼縣武都引水工程建設(shè)管理局，四川 梓潼，622150；2.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

淺析農(nóng)田水利灌溉中的泵站技術(shù)改造

徐濤1，肖翔2，蘭軼1

(1.梓潼縣武都引水工程建設(shè)管理局，四川 梓潼，622150；2.四川省水利科學(xué)研究院，成都，610072)

本文農(nóng)田水利灌溉中的泵站技術(shù)改造是在泵站原有設(shè)施的基礎(chǔ)上，最大限度地提高泵站效率、節(jié)約能源，充分發(fā)揮工程效益和經(jīng)濟(jì)效益，要實(shí)現(xiàn)這一目的，關(guān)鍵在于如何擬定合理的技術(shù)改造方案。必須根據(jù)農(nóng)村水利機(jī)電提灌和排灌站普遍存在的問題和實(shí)際情況，分析論證和研究技術(shù)改造方案的擬定方法。

農(nóng)田水利 灌溉泵站 技術(shù)改造

1 泵站工程現(xiàn)狀調(diào)查

泵站技術(shù)改造應(yīng)建立在原有泵站工程設(shè)施和科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前現(xiàn)實(shí)情況的要求，為使節(jié)能效果更加顯著，必須首先做好泵站工程現(xiàn)狀的調(diào)查核實(shí)和現(xiàn)場測試工作，為擬定技術(shù)改造方案提供可靠依據(jù)。

1.1 調(diào)查核實(shí)泵站工程現(xiàn)狀

1.1.1 水源情況

核實(shí)水源水位、水量。有的泵站可能因興建水利工程、新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)或工業(yè)布局的調(diào)整，造成水源水量減少甚至斷流，導(dǎo)致泵站防洪困難或吸程增加而提水量減少等。調(diào)查分析泵站的水情資料，弄清各種水位，以及來水量與多年平均提水量的關(guān)系，核實(shí)水源的可靠性，為確定各種揚(yáng)程、校核原水泵安裝高程、防洪措施是否符合變化后的要求提供依據(jù)。

1.1.2 灌區(qū)需水量的變化

實(shí)質(zhì)上就是灌區(qū)提灌面積和農(nóng)作物以及種養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)變化，它們是影響灌區(qū)需水量的主要因素。導(dǎo)致灌面減少的原因是原泵站灌區(qū)又新建了小型泵站或其它水源工程(對因泵站不能正常運(yùn)行所減少的灌面，不計(jì)入校核需水量減少的灌面內(nèi)，只作為恢復(fù)灌面來統(tǒng)計(jì))。

1.1.3 灌區(qū)塘堰調(diào)蓄能力

在丘陵灌區(qū)內(nèi)塘堰較多，但其蓄水量隨水利冬修和夏修工作開展的好壞程度而變化。因此，要核實(shí)塘堰的蓄水能力，利用它不僅可以提前充蓄堰塘，緩解農(nóng)忙用電緊張的矛盾，還可以在用水高峰時期采用抽水和塘堰蓄水同時向灌區(qū)供水，以消減用水高峰，減少提灌流量，對降低改造規(guī)模將起到一定的作用。

1.1.4 機(jī)電設(shè)備狀況

泵站設(shè)備包括水泵、電動機(jī)、管路、配電設(shè)備、變壓器和輸配電線路及其它輔助設(shè)備，必須弄清它們的型號、規(guī)格、數(shù)量以及使用年限、維護(hù)、維修和運(yùn)行狀況。對無法正常運(yùn)行的設(shè)備提出初步改造意見。

1.1.5 泵房及進(jìn)出水池情況

一是要全面測量泵房的各部尺寸，以校核泵房是否滿足改造后機(jī)組的布置、安裝要求；二是要收集多年運(yùn)行中，泵房的穩(wěn)定、防洪、通風(fēng)、采光等情況，以便把不安全因素消滅在技術(shù)改造之中。對進(jìn)出水池除測量各部尺寸外，還要了解水流是否平穩(wěn)和產(chǎn)生旋渦等情況。

1.2 泵站現(xiàn)場測試的項(xiàng)目

改造泵站必須按照《泵站現(xiàn)場測試規(guī)程》的要求，分項(xiàng)測出泵站的動力機(jī)、水泵、管路系統(tǒng)、傳動裝置和進(jìn)出水池的效率，找出抽水裝置中各部分效率低的原因，才能對癥下藥，提出有針對性的技術(shù)改造措施，從而提高泵站技術(shù)改造的科學(xué)性。

2 泵站技術(shù)改造方案的擬定

泵站技術(shù)改造應(yīng)根據(jù)水利部頒《泵站技術(shù)改造通則》的要求，從實(shí)際出發(fā)，充分利用原有泵站工程設(shè)施，在調(diào)查研究和現(xiàn)場測試成果的基礎(chǔ)上，利用機(jī)電排灌的最新技術(shù)成就而進(jìn)行。泵站效率是由η動、η傳、η泵、η管、η池這五項(xiàng)組成，是一個有機(jī)的整體。它們之間互相影響、互相制約。因此，泵站技術(shù)改造采用任何單項(xiàng)措施要想取得滿意的效果是非常困難的，但也不是推倒重建。近年來泵站測試成果告訴我們：在中、小型電灌站中，影響泵站效率的主要因素是管路效率和水泵效率，其次是電動機(jī)效率和進(jìn)出水池的效率。下面根據(jù)泵站效率低的主要原因和相互影響的因素，探討方案的擬定。

2.1 以管路系統(tǒng)為重點(diǎn)改造方案的擬定

在泵站技術(shù)改造中管路效率低最為常見，提高管路效率是提高泵站效率的主要措施之一。解決這類問題的實(shí)質(zhì)就是弄清影響管路效率的因素，調(diào)整管路與水泵的聯(lián)合工作特性，使二者效率經(jīng)常處于較高區(qū)段內(nèi)。

2.1.1 影響管路效率的因素

根據(jù)管路效率的定義，它等于管路輸出功率與輸入功率之比。當(dāng)泵站的裝置揚(yáng)程為H裝(m)，管路阻力損失為h損(m)，總揚(yáng)程即為(H裝+h損)(m)；當(dāng)水泵出水量為Q(m3/s)，管路漏水量為q(m3/s)時，流入出水池的流量為(Q-q)(m3/s)。此時的管路效率η管為：

式中：γ——水的重度(kN/m3)；

L——管路長度(m)；

D——管路直徑(m)；

Σζ——局部阻力系數(shù)之和；

n——管路內(nèi)壁粗糙系數(shù)。

2.1.2 水泵性能對管路改造的相互制約及對策

一種情況是泵站管路損失太大而使水泵實(shí)際工作點(diǎn)經(jīng)常偏離水泵額定點(diǎn)左側(cè)較遠(yuǎn)，當(dāng)采用擴(kuò)大管徑、減少管路附件等措施對管路改造后，使管路損失大大減少，抽水裝置性能變化，水泵工作點(diǎn)沿水泵的Q～H性能曲線向水泵額定工況點(diǎn)靠近，這樣不僅可以提高管路效率，而且還可以使水泵效率得到提高，流量比改造前得到增加，此時水泵的軸功率增加，使電動機(jī)的負(fù)荷系數(shù)增大，相應(yīng)使電動機(jī)效率得到提高，結(jié)果使整個泵站效率得到很大的提高，即可獲得理想的節(jié)能效果。因此，此種情況最適合采用管路改造來提高泵站效率。

另一種情況是泵站盡管效率低，但水泵工作點(diǎn)又經(jīng)常偏高額定點(diǎn)右側(cè)較遠(yuǎn)。當(dāng)采用減少管路損失的改造措施后，則會使工作點(diǎn)偏高水泵額定工作點(diǎn)右側(cè)更遠(yuǎn)。這時管路效率雖然提高了，但水泵效率卻大大下降了。對于管路效率提高幅度大于水泵效率下降幅度時，泵站效率將有所提高。若管路效率提高幅度小于水泵效率下降幅度的情況時，泵站效率不僅不能提高，反而可能降低，甚至還會使電動機(jī)超載。在這種情況下，改造管路增加了投資，卻沒有達(dá)到節(jié)能的目的，反而增加了能耗，得不償失。因此，在這種場合下須采用擴(kuò)大管徑和車削水泵葉輪或更換水泵型號相結(jié)合的綜合措施，才能使水泵、管路效率同時得到提高。

2.2 以水泵為重點(diǎn)技術(shù)改造方案的擬定

水泵效率低是影響泵站效率的主要因素。對于這類問題，首先根據(jù)收集到的水泵多年運(yùn)行、維修情況和測試數(shù)據(jù)，復(fù)核水泵選型配套及安裝是否合理，分析低效原因，采取不同措施給予解決。

(1)對水泵選型不合理以及陳舊、質(zhì)次、低效、難以修復(fù)的水泵應(yīng)更新，并選用高效節(jié)能產(chǎn)品。在水泵選型中，應(yīng)以多年平均揚(yáng)程作為選擇水泵的依據(jù)，并校核水泵在設(shè)計(jì)揚(yáng)程下對應(yīng)流量是否滿足需要，以及最大、最小揚(yáng)程下水泵是否發(fā)生超載和汽蝕。

(2)當(dāng)水泵基本性能尚好，而管路設(shè)計(jì)又合理，水泵效率低的原因是工作點(diǎn)偏離額定工況點(diǎn)右側(cè)所致，即水泵揚(yáng)程過高。對于這種情況，可根據(jù)泵站平均揚(yáng)程，采用車削葉輪的辦法來降低水泵揚(yáng)程，改變水泵性能，使水泵工作點(diǎn)靠近額定工況點(diǎn)，這樣流量必須減少，這就要求校核設(shè)計(jì)揚(yáng)程下所對應(yīng)的流量是否滿足設(shè)計(jì)流量的要求。另外，對兩級以上的泵站，應(yīng)校核級間水量平衡問題。

(3)對于水泵雖在高效區(qū)運(yùn)行，但存在著吸水揚(yáng)程太低、笨重、管理不便等嚴(yán)重缺點(diǎn)而影響安全運(yùn)行，無法保證灌溉要求的水泵，則應(yīng)給予調(diào)整，并在充分論證和力求克服原設(shè)計(jì)不足的基礎(chǔ)上重新合理的選擇機(jī)泵。

2.3 電動機(jī)改造方案的擬定

電動機(jī)是泵站的核心設(shè)備之一，在擬定技術(shù)改造方案時，要把提高電動機(jī)效率，保證安全運(yùn)轉(zhuǎn)作為主要內(nèi)容，可以按以下方法進(jìn)行：

(1)對電動機(jī)改造要以調(diào)整、修復(fù)為重點(diǎn)，一般不宜采用更新?lián)Q代的方法來提高泵站效率。電動機(jī)效率一般比較穩(wěn)定，即使運(yùn)行多年和修復(fù)多次其效率仍然接近原來的數(shù)值。因此，只要電動機(jī)在接近滿載情況下運(yùn)行，除對早已過時的高能耗電動機(jī)進(jìn)行淘汰外，對于JO2型電動機(jī)可以采取修復(fù)的辦法來解決；對于負(fù)載率低于0.5的電動機(jī)應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)整；

(2)根據(jù)泵站的實(shí)際情況，對線路末端電壓低的泵站或功率因素低的電動機(jī)，可采取并聯(lián)電容器的方法進(jìn)行無功功率補(bǔ)償；以改善功率因素，提高運(yùn)行電壓，降低線路損耗。功率因素一般提高到0.9左右為宜；

(3)電動機(jī)端電壓低是影響電動機(jī)效率和安全運(yùn)行的主要因素。因此，必須采取綜合措施解決泵站低壓線過長，線路損耗大，電動機(jī)端電壓低等問題，以提高電動機(jī)和傳輸線的效率。

2.4 進(jìn)出水池改造方案的擬定

設(shè)計(jì)不合理的進(jìn)出水池，因流態(tài)不均而產(chǎn)生水頭損失，特別是在進(jìn)水池中，還容易在水泵吸水管周圍產(chǎn)生環(huán)流，造成進(jìn)氣漩渦和渦帶，從而降低水泵效率，使機(jī)組產(chǎn)生振動和噪聲，加劇汽蝕。因此，進(jìn)出水池的技術(shù)改造應(yīng)根據(jù)地形條件，主要從減少水頭損失和改善進(jìn)出水池水流流態(tài)著手，采取以下措施：

(1)合理確定進(jìn)出水池的形式和尺寸，為水流平穩(wěn)均勻創(chuàng)造條件；

(2)保證吸水管淹沒深度和在進(jìn)水池中的正確安裝位置，使水流對稱流動，避免有害漩渦的發(fā)生；

(3)改“高射炮”出流為淹沒式出流，降低裝置揚(yáng)程和減少管口損失。

在制定上述改造方案的同時，要針對泵房存在的問題進(jìn)行綜合整治，以保證泵站的安全運(yùn)行。

3 總結(jié)

通過對西南地區(qū)的中小型泵站技術(shù)改造效益的分析，雖然改造規(guī)模不大，但一般基礎(chǔ)條件比較差，制約因素多，且需要改造的泵站也比較多，技術(shù)性強(qiáng)，特別是低揚(yáng)程離心泵難度較大。因此，對農(nóng)田灌溉中的泵站技術(shù)改造應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：

3.1 全面規(guī)劃，分期實(shí)施

就西南地區(qū)大多數(shù)區(qū)域而言，泵站技術(shù)改造涉及面廣，資金供需矛盾突出，需要制定一個切實(shí)可行的整體規(guī)劃和分期實(shí)施計(jì)劃。對于那些泵站效率低、建造時間早、灌溉需求大、花費(fèi)資金不多即可取得明顯效益的泵站，宜優(yōu)先安排改造。

3.2 因地制宜，從實(shí)際出發(fā)確定最優(yōu)方案

在泵站技術(shù)改造中，一個站往往有可能提出多個技術(shù)改造方案，究竟哪個方案經(jīng)濟(jì)合理和最優(yōu)，可以從下列幾個方面比較確定：

(1)泵站效率的提高，是否達(dá)到《泵站技術(shù)改造通則》第4.0.1條規(guī)定大型泵站、大泵站和高揚(yáng)程泵站，其效率η站≥65%；中、小型泵站的泵站效率η站≥54.40%的要求；

(2)節(jié)省能源指標(biāo)；

(3)工程性價比，做好可行性研究和充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。

3.3 不影響正常運(yùn)行

宜采用邊改造邊施工的方式，對工程規(guī)模較大、改造工程量較多的泵站，采用一次設(shè)計(jì)、分期建設(shè)的形式，利用汛后檢修期開工建設(shè)，搶在后一年汛期前完成階段改造。

遵循上述三個原則，從中選擇經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)能效果好的技術(shù)改造方案來實(shí)施，這樣才能使泵站技術(shù)改造以最少的投入，取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。

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