浅析农田水利灌溉中的泵站技术改造

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(1.梓潼县武都引水工程建设管理局，四川 梓潼，622150；2.四川省水利科学研究院，成都，610072)

浅析农田水利灌溉中的泵站技术改造

徐涛1，肖翔2，兰轶1

(1.梓潼县武都引水工程建设管理局，四川 梓潼，622150；2.四川省水利科学研究院，成都，610072)

本文农田水利灌溉中的泵站技术改造是在泵站原有设施的基础上，最大限度地提高泵站效率、节约能源，充分发挥工程效益和经济效益，要实现这一目的，关键在于如何拟定合理的技术改造方案。必须根据农村水利机电提灌和排灌站普遍存在的问题和实际情况，分析论证和研究技术改造方案的拟定方法。

农田水利 灌溉泵站 技术改造

1 泵站工程现状调查

泵站技术改造应建立在原有泵站工程设施和科学技术的基础上，结合目前现实情况的要求，为使节能效果更加显著，必须首先做好泵站工程现状的调查核实和现场测试工作，为拟定技术改造方案提供可靠依据。

1.1 调查核实泵站工程现状

1.1.1 水源情况

核实水源水位、水量。有的泵站可能因兴建水利工程、新型农业产业、现代农业或工业布局的调整，造成水源水量减少甚至断流，导致泵站防洪困难或吸程增加而提水量减少等。调查分析泵站的水情资料，弄清各种水位，以及来水量与多年平均提水量的关系，核实水源的可靠性，为确定各种扬程、校核原水泵安装高程、防洪措施是否符合变化后的要求提供依据。

1.1.2 灌区需水量的变化

实质上就是灌区提灌面积和农作物以及种养殖结构变化，它们是影响灌区需水量的主要因素。导致灌面减少的原因是原泵站灌区又新建了小型泵站或其它水源工程(对因泵站不能正常运行所减少的灌面，不计入校核需水量减少的灌面内，只作为恢复灌面来统计)。

1.1.3 灌区塘堰调蓄能力

在丘陵灌区内塘堰较多，但其蓄水量随水利冬修和夏修工作开展的好坏程度而变化。因此，要核实塘堰的蓄水能力，利用它不仅可以提前充蓄堰塘，缓解农忙用电紧张的矛盾，还可以在用水高峰时期采用抽水和塘堰蓄水同时向灌区供水，以消减用水高峰，减少提灌流量，对降低改造规模将起到一定的作用。

1.1.4 机电设备状况

泵站设备包括水泵、电动机、管路、配电设备、变压器和输配电线路及其它辅助设备，必须弄清它们的型号、规格、数量以及使用年限、维护、维修和运行状况。对无法正常运行的设备提出初步改造意见。

1.1.5 泵房及进出水池情况

一是要全面测量泵房的各部尺寸，以校核泵房是否满足改造后机组的布置、安装要求；二是要收集多年运行中，泵房的稳定、防洪、通风、采光等情况，以便把不安全因素消灭在技术改造之中。对进出水池除测量各部尺寸外，还要了解水流是否平稳和产生旋涡等情况。

1.2 泵站现场测试的项目

改造泵站必须按照《泵站现场测试规程》的要求，分项测出泵站的动力机、水泵、管路系统、传动装置和进出水池的效率，找出抽水装置中各部分效率低的原因，才能对症下药，提出有针对性的技术改造措施，从而提高泵站技术改造的科学性。

2 泵站技术改造方案的拟定

泵站技术改造应根据水利部颁《泵站技术改造通则》的要求，从实际出发，充分利用原有泵站工程设施，在调查研究和现场测试成果的基础上，利用机电排灌的最新技术成就而进行。泵站效率是由η动、η传、η泵、η管、η池这五项组成，是一个有机的整体。它们之间互相影响、互相制约。因此，泵站技术改造采用任何单项措施要想取得满意的效果是非常困难的，但也不是推倒重建。近年来泵站测试成果告诉我们：在中、小型电灌站中，影响泵站效率的主要因素是管路效率和水泵效率，其次是电动机效率和进出水池的效率。下面根据泵站效率低的主要原因和相互影响的因素，探讨方案的拟定。

2.1 以管路系统为重点改造方案的拟定

在泵站技术改造中管路效率低最为常见，提高管路效率是提高泵站效率的主要措施之一。解决这类问题的实质就是弄清影响管路效率的因素，调整管路与水泵的联合工作特性，使二者效率经常处于较高区段内。

2.1.1 影响管路效率的因素

根据管路效率的定义，它等于管路输出功率与输入功率之比。当泵站的装置扬程为H装(m)，管路阻力损失为h损(m)，总扬程即为(H装+h损)(m)；当水泵出水量为Q(m3/s)，管路漏水量为q(m3/s)时，流入出水池的流量为(Q-q)(m3/s)。此时的管路效率η管为：

式中：γ——水的重度(kN/m3)；

L——管路长度(m)；

D——管路直径(m)；

Σζ——局部阻力系数之和；

n——管路内壁粗糙系数。

2.1.2 水泵性能对管路改造的相互制约及对策

一种情况是泵站管路损失太大而使水泵实际工作点经常偏离水泵额定点左侧较远，当采用扩大管径、减少管路附件等措施对管路改造后，使管路损失大大减少，抽水装置性能变化，水泵工作点沿水泵的Q～H性能曲线向水泵额定工况点靠近，这样不仅可以提高管路效率，而且还可以使水泵效率得到提高，流量比改造前得到增加，此时水泵的轴功率增加，使电动机的负荷系数增大，相应使电动机效率得到提高，结果使整个泵站效率得到很大的提高，即可获得理想的节能效果。因此，此种情况最适合采用管路改造来提高泵站效率。

另一种情况是泵站尽管效率低，但水泵工作点又经常偏高额定点右侧较远。当采用减少管路损失的改造措施后，则会使工作点偏高水泵额定工作点右侧更远。这时管路效率虽然提高了，但水泵效率却大大下降了。对于管路效率提高幅度大于水泵效率下降幅度时，泵站效率将有所提高。若管路效率提高幅度小于水泵效率下降幅度的情况时，泵站效率不仅不能提高，反而可能降低，甚至还会使电动机超载。在这种情况下，改造管路增加了投资，却没有达到节能的目的，反而增加了能耗，得不偿失。因此，在这种场合下须采用扩大管径和车削水泵叶轮或更换水泵型号相结合的综合措施，才能使水泵、管路效率同时得到提高。

2.2 以水泵为重点技术改造方案的拟定

水泵效率低是影响泵站效率的主要因素。对于这类问题，首先根据收集到的水泵多年运行、维修情况和测试数据，复核水泵选型配套及安装是否合理，分析低效原因，采取不同措施给予解决。

(1)对水泵选型不合理以及陈旧、质次、低效、难以修复的水泵应更新，并选用高效节能产品。在水泵选型中，应以多年平均扬程作为选择水泵的依据，并校核水泵在设计扬程下对应流量是否满足需要，以及最大、最小扬程下水泵是否发生超载和汽蚀。

(2)当水泵基本性能尚好，而管路设计又合理，水泵效率低的原因是工作点偏离额定工况点右侧所致，即水泵扬程过高。对于这种情况，可根据泵站平均扬程，采用车削叶轮的办法来降低水泵扬程，改变水泵性能，使水泵工作点靠近额定工况点，这样流量必须减少，这就要求校核设计扬程下所对应的流量是否满足设计流量的要求。另外，对两级以上的泵站，应校核级间水量平衡问题。

(3)对于水泵虽在高效区运行，但存在着吸水扬程太低、笨重、管理不便等严重缺点而影响安全运行，无法保证灌溉要求的水泵，则应给予调整，并在充分论证和力求克服原设计不足的基础上重新合理的选择机泵。

2.3 电动机改造方案的拟定

电动机是泵站的核心设备之一，在拟定技术改造方案时，要把提高电动机效率，保证安全运转作为主要内容，可以按以下方法进行：

(1)对电动机改造要以调整、修复为重点，一般不宜采用更新换代的方法来提高泵站效率。电动机效率一般比较稳定，即使运行多年和修复多次其效率仍然接近原来的数值。因此，只要电动机在接近满载情况下运行，除对早已过时的高能耗电动机进行淘汰外，对于JO2型电动机可以采取修复的办法来解决；对于负载率低于0.5的电动机应进行合理调整；

(2)根据泵站的实际情况，对线路末端电压低的泵站或功率因素低的电动机，可采取并联电容器的方法进行无功功率补偿；以改善功率因素，提高运行电压，降低线路损耗。功率因素一般提高到0.9左右为宜；

(3)电动机端电压低是影响电动机效率和安全运行的主要因素。因此，必须采取综合措施解决泵站低压线过长，线路损耗大，电动机端电压低等问题，以提高电动机和传输线的效率。

2.4 进出水池改造方案的拟定

设计不合理的进出水池，因流态不均而产生水头损失，特别是在进水池中，还容易在水泵吸水管周围产生环流，造成进气漩涡和涡带，从而降低水泵效率，使机组产生振动和噪声，加剧汽蚀。因此，进出水池的技术改造应根据地形条件，主要从减少水头损失和改善进出水池水流流态着手，采取以下措施：

(1)合理确定进出水池的形式和尺寸，为水流平稳均匀创造条件；

(2)保证吸水管淹没深度和在进水池中的正确安装位置，使水流对称流动，避免有害漩涡的发生；

(3)改“高射炮”出流为淹没式出流，降低装置扬程和减少管口损失。

在制定上述改造方案的同时，要针对泵房存在的问题进行综合整治，以保证泵站的安全运行。

3 总结

通过对西南地区的中小型泵站技术改造效益的分析，虽然改造规模不大，但一般基础条件比较差，制约因素多，且需要改造的泵站也比较多，技术性强，特别是低扬程离心泵难度较大。因此，对农田灌溉中的泵站技术改造应遵循以下几点原则：

3.1 全面规划，分期实施

就西南地区大多数区域而言，泵站技术改造涉及面广，资金供需矛盾突出，需要制定一个切实可行的整体规划和分期实施计划。对于那些泵站效率低、建造时间早、灌溉需求大、花费资金不多即可取得明显效益的泵站，宜优先安排改造。

3.2 因地制宜，从实际出发确定最优方案

在泵站技术改造中，一个站往往有可能提出多个技术改造方案，究竟哪个方案经济合理和最优，可以从下列几个方面比较确定：

(1)泵站效率的提高，是否达到《泵站技术改造通则》第4.0.1条规定大型泵站、大泵站和高扬程泵站，其效率η站≥65%；中、小型泵站的泵站效率η站≥54.40%的要求；

(2)节省能源指标；

(3)工程性价比，做好可行性研究和充分的技术经济论证。

3.3 不影响正常运行

宜采用边改造边施工的方式，对工程规模较大、改造工程量较多的泵站，采用一次设计、分期建设的形式，利用汛后检修期开工建设，抢在后一年汛期前完成阶段改造。

遵循上述三个原则，从中选择经济合理、节能效果好的技术改造方案来实施，这样才能使泵站技术改造以最少的投入，取得最好的经济效益。

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