農田水利工程中小型泵站設計探討

姚云霞

農田配套水利工程是影響農業產量的主要因素之一，在整個農田水利工程中，渠首建筑物是非常重要的布置環節，而泵站又是渠首建筑物中最重要的設備，對泵站設計進行改進，對于農業提效增產具有十分明顯的作用。建設泵站可以提高灌溉保證率，對于平原地區而言，一些大型灌溉區無法全面覆蓋農田，隨著農田水利工程配套設施逐漸完善，越來越多的農田水利工程開始建設中小型泵站，以提高灌溉保證率。分析中小型泵站在實際使用過程中存在的不足之處，對中小型泵站進行優化設計，保障農業可持續發展有重要意義。

一、中小型泵站設計常見的問題與解決方法

1.水腐蝕

如果地下水含鹽量較大，會對混凝土結構造成一定的腐蝕，水泵運行時間超過3年以上，部分鋼筋混凝土結構會發生腐蝕脫落的情況，如果沒有對進水管路進行防護會加重腐蝕，從而污染內部水源。因此在進行中小型泵站設計時，必須將水腐蝕對混凝土以及鋼結構造成的損壞考慮其中。應對策略有：在混凝土中添加阻銹劑、使用抗硫酸鹽水泥等。由于抗硫酸鹽水泥價格較高，可將添加阻銹劑的方式作為防腐蝕的主要方式。

2.泥沙磨損

灌溉水大多數都是來自于河流，泥沙含量較高，多年的運行容易對水泵的軸承造成較為嚴重的磨損從而讓水泵出現抖動，長此以往會造成水泵的損壞。因此，在進行設計時可通過增加清水潤滑系統和設置水箱的方式減少泥沙對水泵軸承的磨損。

3.高程安全余量

泵站建成后一些泵站可能會出現無法取水的情況，經過檢查后發現，水泵在設計高程時沒有對安全余量進行合理設置。水泵產品質量存在差異，在實際的計算過程中，設計人員只通過水泵的樣本對其進行計算，存在虛標情況。因此在進行水泵高程安裝時適當增加安全余量，保證泵站的安全運行，從而提高灌溉保證率。

4.管路安裝

農田水利工程水泵設計過程中，要與實際的工程概況相結合，水管路法蘭設置要保證離地面10cm 以上。

二、中小型泵站設計要點分析

1.設計原則

中小型泵站在設計時，設計流量小于10m3/s，裝機功率小于1MW，在農田水利工程中，流量參數決定了泵站的建設規模。如圖1所示。

在農田水利工程中，需要根據揚程確定水泵的類型，根據流量大小確定水泵的具體數量，根據確定的流量大小和揚程對水泵廠家的樣本進行檢查，最終確定其設計類型。在具體的應用過程中，軸流泵、混流泵和離心泵所選擇的泵室存在一定的差別，軸流泵一般選擇濕式泵室，混流式和離心泵選擇干式泵室。根據泵型合理選擇泵室，可以減少工程投資，降低泵站的設計成本。干式泵房相比濕式泵房更節約成本，所以大多數情況下會選擇干式泵房進行設計，而濕式泵房的潛水軸流泵檢修方便。因此，在選擇泵房型式時，應該綜合考慮工程的實際運行情況，合理選擇泵房型式。

圖1 泵站設計模型圖

2.設計要點

（1）水泵選型

揚程小于10m 時選擇軸流泵；揚程在10～15m 時選擇混流泵；大于15m時選擇離心泵。流量小于1m3/s 時選擇2 臺水泵；大于1m3/s 時選擇4 臺水泵。水泵樣本中，有3 組流量鉛程會對應一個葉片角度與電機功率，因此在進行設計時，流量揚程會與其中一組流量鉛程數據發生對應，以保證流量處于高效工作的范圍內。同時還要注意水泵的性能，檢測水位揚程是否滿足泵站的設計要求，保證水泵效率的同時也要盡量選擇低轉速的水泵類型。

（2）泵室設計

根據泵型選擇泵室，在中小型泵站設計中，干式泵室埋深小于3m，濕式小于7m。濕式泵室設計要注意水源的取水位是否最低，根據水泵樣本確定水泵高程和水泵中心離正墻距離。滿足各個距離的要求下對泵室尺寸進行設計，水下容量要滿足水泵的設計流量。中小型濕式泵室的埋深較深，需要滿足驗算地基承載力的相關要求，并注意樁基本身的結構強度；設計干式泵室時，要將泵室底板設置的大于渠道水位以及防洪水位。設置自流管進行排水，避免泵室中有大量積水，如果泵室的底板沒有達到設計要求，需要采用混凝土在泵室集水坑中設置排水泵。在安裝高程時，需要根據氣蝕余量確定水頭損失，泵室的寬度需要滿足水泵及閥件的設計要求。

設計中小型泵站時，如果水泵無法與周圍的管路進行布置，需要增加管路的距離，并滿足檢修的要求。在泵室中設置泵房，泵室與泵房的尺寸要相互對應。

3.管路設計

濕式泵房采用進出水池，并且出水管路較短。根據泵站的位置將進水池分成兩種形式，緊靠水源和遠離水源。當緊靠水源時，進水池可以設置為八字墻；遠離水源時，設置為鋼筋混凝土擋墻。坡底按照1 ∶4 進行設計，擴散角大于40°，盡量縮短水池長度，節約成本；干式泵房中，水泵安裝高程要高于啟泵水位，通過增加抽真空設備以滿足設計要求。將排氣閥設置在離心泵之后，并注意排氣閥的安裝位置，不能將排氣閥放在閘閥的上方。不能在離心泵之前設置排氣閥，避免因安裝錯誤而造成水泵損壞。將離心泵的進水管道流速設置為10～15m/s，流速過大將會加速進水管道的損失，流速過小會增加管路的工作量。在設計進水管路時，可以設置下沉式進水池，將進水管路設置在進水池中，以保證其持久性。

三、中小型泵站的布置型式

1.進水池和出水池并列布置型式

進水池和出水池并列設置過程中，要保證進水池和出水池的底板高程一致，并使用墩墻將進水池和出水池隔離開，水泵出水管要穿過隔墻，從河道另一側的進水池將水抽入到出水池中，通過設置進水池和出水池的閘門，對泵站運行進行控制，保證水流的轉角彎度。進水池和出水池并列布置型式開挖量小、結構簡單，在站房和配電間的位置設置底板以避免發生沉降。但是該種布置型式對河道的要求較高，需要滿足進出水池的設置要求。并且，泵站在實際運行中進水池和出水池會形成漩渦，影響泵站的整體性。采用拍門斷流的方式，適合河道寬度較大的工程。主要以排澇為主，排澇凈揚程設置為1.7m，流量1.3m3/s，電機功率設置為70kW。

2.雙向“X”型流道布置型式

雙向“X”型流道布置型式主要應用在大型泵站的設置中，將泵站的進出水流進行分段，出水流道層位于進水流道層的上方，水流是從進水流道中進入到上層的出水流道，通過閘門對泵站進行控制。雙向“X”型流道布置型式對河道的寬度沒有較大要求，通過配置出水導葉對水泵出水進行設置，并不需要設置出水管道，具有較高的水流條件。但是雙向“X”型流道布置型式泵站的底板較低，有較大的開挖量，并且為了滿足泵站的運行條件，泵站順水流向需要布置一些必要的設備，比如攔污柵或者閘門等，泵站順水流向的長度較長，采用混凝土流道進行出水，因此一般會選擇使用水泵斷流方式。對于中小型泵站設計而言，采用鑄鐵閘門的方式作為泵站的斷流方式更為合適，但是這種方式的斷流時間較長， 為了避免水泵發生倒轉的情況，需要在水泵的葉輪輪轂處設置螺母，防止葉輪發生反轉。

3.水泵出水雙向岔形管型式

水泵出水雙向岔形管型式與雙向“X”型流道的布置方式有些雷同，進水布置相同，出水方式存在一定的區別，該種型式采用的出水方式是將金屬出水管伸到出水胸墻之外，通過水泵從進水流道流向出水河道，將該種方式布置在進水池的閘門，可以實現對泵站的控制。該種型式采用出水管道與渠道相連的方式，出水管道流速較大會造成一定的損失，可以使用閥門代替閘門對其進行控制，比較適用于小型泵站。

四、結語

農田水利工程中小型泵站在進行設計的過程中需要注意很多問題，本文對泵站實際使用過程中存在的水腐蝕問題、泥沙磨損問題、高程的安全余量問題以及水泵管路安裝等問題進行了討論，設計人員在對中小型泵站進行設計時，要嚴格按照相關規定進行設計，根據泵站的具體情況以及現場條件，對技術經濟進行綜合考慮后，選擇合適的布置型式，從而保證泵站建設完成后能夠得到高效穩定的運行，以促進農業的快速發展■