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

淺析農田水利灌溉中的泵站技術改造

徐濤1，肖翔2，蘭軼1

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

本文農田水利灌溉中的泵站技術改造是在泵站原有設施的基礎上，最大限度地提高泵站效率、節(jié)約能源，充分發(fā)揮工程效益和經濟效益，要實現這一目的，關鍵在于如何擬定合理的技術改造方案。必須根據農村水利機電提灌和排灌站普遍存在的問題和實際情況，分析論證和研究技術改造方案的擬定方法。

農田水利 灌溉泵站 技術改造

1 泵站工程現狀調查

泵站技術改造應建立在原有泵站工程設施和科學技術的基礎上，結合目前現實情況的要求，為使節(jié)能效果更加顯著，必須首先做好泵站工程現狀的調查核實和現場測試工作，為擬定技術改造方案提供可靠依據。

1.1 調查核實泵站工程現狀

1.1.1 水源情況

核實水源水位、水量。有的泵站可能因興建水利工程、新型農業(yè)產業(yè)、現代農業(yè)或工業(yè)布局的調整，造成水源水量減少甚至斷流，導致泵站防洪困難或吸程增加而提水量減少等。調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系，核實水源的可靠性，為確定各種揚程、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。

1.1.2 灌區(qū)需水量的變化

實質上就是灌區(qū)提灌面積和農作物以及種養(yǎng)殖結構變化，它們是影響灌區(qū)需水量的主要因素。導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行所減少的灌面，不計入校核需水量減少的灌面內，只作為恢復灌面來統計)。

1.1.3 灌區(qū)塘堰調蓄能力

在丘陵灌區(qū)內塘堰較多，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，要核實塘堰的蓄水能力，利用它不僅可以提前充蓄堰塘，緩解農忙用電緊張的矛盾，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 機電設備狀況

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

1.1.5 泵房及進出水池情況

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組的布置、安裝要求；二是要收集多年運行中，泵房的穩(wěn)定、防洪、通風、采光等情況，以便把不安全因素消滅在技術改造之中。對進出水池除測量各部尺寸外，還要了解水流是否平穩(wěn)和產生旋渦等情況。

1.2 泵站現場測試的項目

改造泵站必須按照《泵站現場測試規(guī)程》的要求，分項測出泵站的動力機、水泵、管路系統、傳動裝置和進出水池的效率，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改造措施，從而提高泵站技術改造的科學性。

2 泵站技術改造方案的擬定

泵站技術改造應根據水利部頒《泵站技術改造通則》的要求，從實際出發(fā)，充分利用原有泵站工程設施，在調查研究和現場測試成果的基礎上，利用機電排灌的最新技術成就而進行。泵站效率是由η動、η傳、η泵、η管、η池這五項組成，是一個有機的整體。它們之間互相影響、互相制約。因此，泵站技術改造采用任何單項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，其次是電動機效率和進出水池的效率。下面根據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 以管路系統為重點改造方案的擬定

在泵站技術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。解決這類問題的實質就是弄清影響管路效率的因素，調整管路與水泵的聯合工作特性，使二者效率經常處于較高區(qū)段內。

2.1.1 影響管路效率的因素

根據管路效率的定義，它等于管路輸出功率與輸入功率之比。當泵站的裝置揚程為H裝(m)，管路阻力損失為h損(m)，總揚程即為(H裝+h損)(m)；當水泵出水量為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——局部阻力系數之和；

n——管路內壁粗糙系數。

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際工作點經常偏離水泵額定點左側較遠，當采用擴大管徑、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，水泵工作點沿水泵的Q～H性能曲線向水泵額定工況點靠近，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，使電動機的負荷系數增大，相應使電動機效率得到提高，結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，但水泵工作點又經常偏高額定點右側較遠。當采用減少管路損失的改造措施后，則會使工作點偏高水泵額定工作點右側更遠。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，甚至還會使電動機超載。在這種情況下，改造管路增加了投資，卻沒有達到節(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大管徑和車削水泵葉輪或更換水泵型號相結合的綜合措施，才能使水泵、管路效率同時得到提高。

2.2 以水泵為重點技術改造方案的擬定

水泵效率低是影響泵站效率的主要因素。對于這類問題，首先根據收集到的水泵多年運行、維修情況和測試數據，復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、質次、低效、難以修復的水泵應更新，并選用高效節(jié)能產品。在水泵選型中，應以多年平均揚程作為選擇水泵的依據，并校核水泵在設計揚程下對應流量是否滿足需要，以及最大、最小揚程下水泵是否發(fā)生超載和汽蝕。

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

(3)對于水泵雖在高效區(qū)運行，但存在著吸水揚程太低、笨重、管理不便等嚴重缺點而影響安全運行，無法保證灌溉要求的水泵，則應給予調整，并在充分論證和力求克服原設計不足的基礎上重新合理的選擇機泵。

2.3 電動機改造方案的擬定

電動機是泵站的核心設備之一，在擬定技術改造方案時，要把提高電動機效率，保證安全運轉作為主要內容，可以按以下方法進行：

(1)對電動機改造要以調整、修復為重點，一般不宜采用更新換代的方法來提高泵站效率。電動機效率一般比較穩(wěn)定，即使運行多年和修復多次其效率仍然接近原來的數值。因此，只要電動機在接近滿載情況下運行，除對早已過時的高能耗電動機進行淘汰外，對于JO2型電動機可以采取修復的辦法來解決；對于負載率低于0.5的電動機應進行合理調整；

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

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

2.4 進出水池改造方案的擬定

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

(1)合理確定進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行綜合整治，以保證泵站的安全運行。

3 總結

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

3.1 全面規(guī)劃，分期實施

就西南地區(qū)大多數區(qū)域而言，泵站技術改造涉及面廣，資金供需矛盾突出，需要制定一個切實可行的整體規(guī)劃和分期實施計劃。對于那些泵站效率低、建造時間早、灌溉需求大、花費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，從實際出發(fā)確定最優(yōu)方案

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

(1)泵站效率的提高，是否達到《泵站技術改造通則》第4.0.1條規(guī)定大型泵站、大泵站和高揚程泵站，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；

(3)工程性價比，做好可行性研究和充分的技術經濟論證。

3.3 不影響正常運行

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，采用一次設計、分期建設的形式，利用汛后檢修期開工建設，搶在后一年汛期前完成階段改造。

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

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