泵井技术在农村供水工程中的应用

刘吉萍 倪红举

（山西省临汾市尧都区水利局 山西临汾 041000）

1 农村供水工程泵站的特点

农村供水工程泵站的特点是流量小，扬程高，泵站设计直接影响着泵站的经济运行和使用寿命，同样的泵站，有的很省电，有的很费电；有的设备很耐用，有的设备经常坏；有的用的时间很长，有的用的时间很短。因此在泵站设计中，要根据供水工程的特点选择所需要的水泵型号，水泵设计流量最好与额定流量一致，水泵设计扬程要尽可能与额定扬程接近，这样才能确保水泵运行中工况点处在高效区，否则，高效率的水泵也只能低效运行，浪费能量。

过去大多数村镇供水工程选用的是离心式水泵，而离心式水泵的特点是：轴功率随着流量的增加而增加，轴功率的增加会导致配套电机的电流加大，当因电流加大产生的温度高于电机绝缘材料的极限耐热温度时，电机的绝缘材料就会被烧毁，导致电机失效。通过多年的运行，离心式水泵存在的问题是，能耗大，效率低，使用寿命短，一般3～5年，因此，为了提高泵站效率，在农村供水工程中我们选用QJ立式潜水泵，它不仅是一种较好的节能型水泵系列，而且这种水泵不用灌水或抽真空，使用方便，经久耐用，还可进行自动化控制。但这种系列的水泵安装需要设置泵井，下面介绍几种泵井形式，供参考。

2 泵井的结构

泵井是安装QJ立式潜水泵的竖井，为圆形钢管或混凝土管结构，直径325mm,深度3～5m。

3 泵井形式确定

根据地形及蓄水池的位置，我们将泵井设计为四种形式。

3.1 池底式泵井

池底式泵井是在蓄水池底部修建的泵井，即在蓄水池底部开挖一眼3～5m的井，然后放入一根管道底部焊接盲板的DN325直立钢管（或混凝土井壁管），盲板采用10 mm厚的钢板，最后管口与池底用混凝土浇筑。其结构详见图1。这种泵井适合在易开挖的土层中采用。这种形式在尧都区峪里供水工程中应用，目前运行良好。

3.2 自由式旁通泵井

自由式旁通泵井是在蓄水池的旁边，修建一眼用于安放潜水泵的泵井，在蓄水池和泵井底部安装一根连接管道，利用连通器的原理将蓄水池内的水源源源不断的输入泵井，由于泵井顶部有自由水面，故称之为自由式旁通井，泵井内水面与蓄水池水面为同一水面。其结构详见图2。这种泵井适合于山区池底土层坚硬或旧池不宜开挖的改造泵站中采用。

3.3 压盖式旁通泵井

压盖式旁通泵井是在蓄水池的旁边，修建一眼用于安放潜水泵的泵井，位置低于蓄水池，与自由式旁通井不同的是这种泵井没有自由水面，泵井内的水流是承压水。泵井建好后，先将水泵放入井管内，再在钢制井口用一片安装了水泵泵管的盲板封堵井口，使井内水源处于有压状态。这种泵井适合于水池高、泵站低的情况下采用。结构详见图3。这种泵井的关键是要做好盲板上的电缆止水装置，井内电缆长度设计为泵井高度的1.5倍，这样有利于维修井泵。

3.4 虹吸式旁通泵井

虹吸式旁通泵井与自由旁通泵井结构及原理相同，不同点是前者将旁通管安装在蓄水池上部，后者将旁通管安装在蓄水池底部。当水池水位超过虹吸式旁通管驼峰部位时，池内水流就会通过旁通管进入泵井，当池内水位下降时，旁通管内的水流在虹吸作用下仍然能够进入泵井，虹吸式旁通井适应于不宜在池壁底部安装旁通管的蓄水池使用。详见结构图4

为了改善水泵水流进水条件，减少进水设施的水头损失，提高效率，旁通管的直径应大于水泵出水管直径2倍以上，泵井直径应大于水泵泵身直径1.5倍以上。

4 泵井技术的特点

尧都区水利局在农村供水工程中，创造性地应用了泵井技术，通过近几年的运行，泵井技术具有以下特点：

（1）效率高、能耗低、工程耐用。按照《泵站设计规范》的规定，泵站装置效率不应低于部颁标准54.4%，能源单耗不应高于5kW·h/1000 t·m，泵站装置效率是水泵、电机、传动装置、管道、进水池、输配电设备效率的乘积，它是衡量泵站设计性能的综合指标。GC、GCA系列锅炉给水泵效率一般为20%～40%，TSWA型卧式多级离心泵效率一般为27%～44%，ISG系列管道泵效率一般在25%～46%，PW污水泵效率一般为58%～67%，QJ系列立式潜水泵效率一般为68%～81%。在泵井技术设计中选择QJ系列立式潜水泵，达到效率高的目的，符合规范要求。一般来说，高效率的水泵，不仅效率高，而且也耐用，但价格相对较贵。需要注意的是：在同样流量、同样扬程的情况下，选择高效率的水泵，虽然水泵投资较高，但配套电机的功率、低压输电导线截面、启动柜和变压器容量会减少，这部分设备相应投资会减少，因此，综合计算高效率的泵站总的投资不会比低效率的泵站投资高。

（2）实用、噪音小、安全性能好。一般，离心泵、混流泵、轴流泵安装在地面上，运行时噪音大、安全性不好，泵井技术水泵安装在泵井内，安全性好，同时噪音小。

（3）易操作、工程适应性强。泵井技术采用潜水泵易操作，同时工程适应性强，适应于山区、平川、丘陵地，特别是在山区人口少，地形高差大，选用的水泵流量小，扬程高，泵井技术是最好的技术。

5 泵井技术应用中需注意的问题

5.1 需设置水泵止回阀及退水阀设置

潜水泵虽然在泵体出水口处设有止回装置，但其材质是铝合金，在较大水锤作用下水泵自带的止回装置就会破损失灵，电机在高速反转的水流冲击下，产生强大的逆电流，很容易烧毁电机内部的线圈。因此必须在水泵出口处设逆止阀。逆止阀的设置后，必须考虑到管道冬季防冻的需要加设退水装置，建议采用图5型式。

图5 逆止阀及退水装置

5.2 泵站的自动化控制

为减轻泵站工作人员的负担，提高工作效率，有必要在供水泵站及高水位蓄水中设置自动化控制系统，即自动上水装置。下面介绍三种实用性自动上水装置。

第一种 浮球开关控制系统。这是一种利用漂浮在蓄水池水面上的电子浮球开关，根据液位高低变化通过电缆控制水泵开停的自动控制装置。它适合于泵站距水池距离小于800 m的条件下使用，特点是投资少，运行安全可靠。

第二种 液位传感自动控制系统。这是一种由液位传感仪、变送器、显示控制箱和连接水泵电机的导线组成的自动上水装置系统。它适合于泵站距水池距离大于800 m的条件下使用。特点是：导线细，可控距离远，可靠性强。

第三种 安装恒压变频柜控制水泵的开停，同时可以安装定时设备，做到水泵定时自动开停。特点是投资大，运行安全可靠，自动化程度高，适用性强。

6 泵井技术应用中存在的问题

尧都区从2009年开始应用泵井技术，由于受投资，技术等各种因素的制约，经过近几年的运行，存在以下几方面的问题，具体如下：

（1）泵井技术创新性有待提高。这主要表现在自动化控制上，由于资金有限，没有大胆推广国内最先进的自动化控制设备，目前采用的大多是半自动化，只做到了水泵的自动开停，还需进一步的创新。

（2）泵站的设计水平有待提高。泵站的设计必须具备精湛的专业技术和较强的解决实际问题的能力，由于我们水平有限，造成了泵站设计上的欠缺和不足，水泵选型不合理，设计的泵站效率不高，还需进一步提高设计水平。

（3）设备的稳定性、可靠性有待提高。泵站为达到高效、节能稳定、可靠，必须选用企业规模大，技术水平高，生产工艺好，技术性能好的设备。

7 结语

近几年，尧都区水利局在农村供水工程中推广应用了泵井技术，不仅解决了供水工程泵站压力的要求，而且效率高、能耗低，安全可靠，运行良好，深受群众欢迎，值得推广。