灌溉泵站设计参数的确定及水泵选型

灌溉泵站设计参数的确定及水泵选型 灌溉泵站设计参数的确定及水泵选型 第19卷第5期 2008年1O月 水资源与水工程学报 JournalofWaterResources8LWaterEngineering Vo1.19No.5 Oct..2008 灌溉泵站设计参数的确定及水泵选型 段正忠h,李援农 (1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌712100;2.重庆水利电力职业技术学院,重庆402160) 摘要:水泵选型是泵站工程设计中的重要问题,选型合理与否,直接关系到泵站工程的投资,建成后的运行费用 和供水安全.水泵选型必须根据工程具体情况,确定合适的水泵型号和台数.选型的基本依据是泵站工程规划中所 确定的设计参数,即所在泵站的流量,扬程及其变化规律.本文对灌溉泵站的设计参数确定及水泵选型问题进行了 讨论,提出了设计参数的确定及水泵选型的方法. 关键词:灌溉泵站;流量;扬程;水泵选型 中图分类号:$277.92文献标识码:A文章编号:1672—643X(2008)05—0078—03 Determinationofdesignparametersandpumpselectionfor irrigationpumpingstation DUANZheng—zhong?LIYuan—nong (1.CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering,NorthwestA8LFUniversity, Yangling,Shaanxi712100, China;2.ChongqingWaterResourcesandElectricEngineeringCollege,Chongqing402160 ,China) Abstract:Pumpsselectionisimportantissuesindesigningpumpstation,theselectionreasonable directlyrelatedtothepumpingstationprojectinvestment,theoperationcostsafterbuilt— upand watersupplysecurity.PumpSelectionmustbebasedonspecificprojects,determinetheappro— priatepumptypeandnumbers.Selectionisbasedonthedesignparametersinpumpingstation planning,thisisthedischarge,liftandthechangeruleofthepumpingstation.Thispaperdis- cusseddeterminationoftheirrigationpumpingstationparametersandpumpselection,putfor— wardthedeterminationmethodofdesignparametersandpumpsselection. Keywords:irrigationpumpingstation;flow;liftofpump;selectionofpumptype 我国地域辽阔,各地自然条件差异较大,因而建 设泵站的任务各不相同,大致可以分为以下几种类 型:提灌泵站,井灌泵站,跨流域调水泵站以及各类 小型泵站.提灌泵站主要分布于地处黄土高原的陕 西,甘肃,宁夏,山西等省(区),这些地区由于地势 高,雨量少,水资源主要集中于黄河及其支流上,干 旱缺水一直困扰着工业生产和人民生活.2O世纪5O 年代以后,在山西,甘肃等省相继建成几十处大型提 灌泵站,这些泵站的建成,为当地经济的发展和人民 生活水平的提高发挥了不可估量的做用.今后,泵站 工程发展的趋势是:在规划设计上注重动能经济和 综合利用,更加讲究工程的经济效益;在机组选用上 趋于大型化,高速化和装置型式多样化;在运行管理 上实现自动化和节能节水. 泵站设计参数包括设计流量和设计扬程.修建 泵站是为了把一定水量提升至一定的高度或者增加 一 定的压力,使其能满足相关的需求.因此必须根据 不同泵站所承担任务的不同,合理选择流量和扬程 指标,然后根据设计流量和设计扬程,来确定泵的型 号,等别,泵站建筑物级别.本文主要对泵站设计参 数的确定以及泵站选型进行简要论述. 1水泵设计流量的确定 灌溉设计流量是在一定的灌溉设计保证率情况 下的灌溉用水量,对于大,中型灌区,可根据灌溉面 积,历年的灌水率图及灌水利用系数,求得历年灌溉 用水流量过程线,选择灌水持续时间大于2O天的最 大灌水流量作为该年的最大灌溉引水流量.然后以 此进行频率分析,选择符合灌溉设计保证率的流量 作为设计引水流量.在设计灌水率确定情况下,可以 由公式(1)[1]确定泵站的设计流量. 收稿日期:2008—07—07 作者简介:段正忠(1975一),男(汉族),重庆人,工程硕士,研究方向:水源动力系统. 通讯作者:李援农(1962一),男(汉族),陕西大荔人,教授,博士生导师,从事节水灌溉 新技术和非饱和土壤入渗方面研究. 第5期段正忠,等:灌溉泵站设计参数的确定及水泵选型79 Q一 式中:Q为设计流量,m./s;g为设计灌水率, m./(s?hm);ccJ为泵站控制灌溉面积,hm.;为灌 溉水利用系数,1/h;f为泵站日开机时数,h,一般为 22,24h. 对于小型灌区,可以参照当地的自然经济条件, 参照同类灌区的用水经验,拟定出一两种主要作物 的最大一次灌水定额,然后根据公式(2)[1]计算泵站 的设计流量. 03i Q=3600—T—ty . (2) 式中:为某种主要作物的最大一次灌水定额, m./(s?hm);为该种作物的种植面积,hm.;T 为一次灌水延续天数,d. 对于有调蓄容积的抽水灌区,泵站可在非灌溉 季节向调蓄容积供水.这时可以根据调蓄容积的大 小和灌溉用水量过程线,通过适当延长泵站的开机 天数来减少设计流量,在确定设计流量的同时,还要 确定最大流量和最小流量,以作为泵站机组台数选 择的参考依据. 2灌溉泵站设计扬程的确定因素 灌溉泵站设计扬程是由设计净扬程加上进,出 水流道的损失水头确定的,设计净扬程是指出水池 与进水池的设计水位之差.可见,泵站设计扬程的确 定因素有3个,即出水池和进水池的设计水位,进出 水流道的损失水头. 2.1出水池设计水位 灌溉泵站出水池设计水位取决于输水干渠渠道 的设计水位,可根据灌区规划所确定的控制高程和 灌溉设计流量的要求,按灌区末级渠道的设计水位 推算至出水池的水位.该水位应当保证灌区9O 以上(有条件时,应能保证全部)的耕地获得自流灌 溉,因此,出水池设计水位要从田间逐级推算到渠首 求得,计算公式如式(3)所示[1]. ?出一Z+?Z+Li+(3) 式中:H出为出水池设计水位高程,ITI;Z为设计灌 溉面积的最高或最远点的地面高程,In;?z为末级 渠道水面与所灌溉农田地面的高差,取0.05, 0.1ITI;L为各级渠道的长度,ril;i为各级渠道的比 降;?^为通过建筑物的水头损失. 2.2进水池设计水位 灌溉泵站进水池水位的变化取决于水源的流动 变化情况.对于渠道上的提水泵站,泵站设计流量等 于渠道的设计流量,进水池设计水位应与渠道的设 计水位相对应.对于临河(渠)式泵站,泵站设计流量 小于河(渠)道的流量,对灌溉泵站来说,应考虑灌溉 季节水源水位情况及能保证的程度.从河流,湖泊或 水库取水时,以历年灌溉期水源保证率为85, 95的日平均或旬平均水位作为设计水位,从渠道 取水时,以渠道通过设计流量时的水位为设计水位. 2.3水泵平均净扬程的确定 水泵平均净扬程是泵站正常运行历时最长的工 作扬程.选择水泵时应使其在该扬程工况下处于最 高效区,这样可以使水泵运行的平均效率最高,单位 能量消耗最少.对于中,小型泵站,可以将进,出水池 的平均水位之差作为泵站平均净扬程.对于流量和 水位变化复读都比较大的大,中型泵站,应按水量加 权平均的方法来确定平均净扬程.该方法是根据水 文系列资料在泵站运行期的分段平均扬程,流量和 历时进行加权平均计算,计算如公式(4)[1]. 牙实一Qitl(4) 式中:实为加权平均净扬程,121;Q为相应时段t时 的泵站供水流量,L/s;t为不同灌溉时段的泵站工 作天数,d. 3水泵选型 3.1水泵选型原则 (1)充分满足灌溉供水设计保证率下各时期的 流量和扬程的要求; (2)选择性能良好并对泵站流量,扬程变化具 有较强适应型与保证性的泵型; (3)在能够适应灌溉流量变化的前提下,尽量 选用较大的水泵,以减少台数,节省基建,维修费用. 另外大泵的效率较高; (4)尽量接近其设计工作点,在最高和最低扬 程下运行时的工作点不离开其高效区工作范围; (5)在一个泵站中,尽可能选用同型号的水泵, 在满足流量和扬程的前提下,尽量选用吸水性能好 的水泵. 3.2水泵选型方法 根据公式(4)计算得出的平均净扬程和泵站抽 水量的要求,可以确定需要的泵装置的性能曲线,如 图1所示.如设计点为A(Qz,Hz),泵设计扬程可 以根据公式(5)?进行计算: Hz—H一宴+Q(5) 式中:H为泵设计扬程,m;S为管道阻力参数;Q 80水资源与水工程学报 为流量,m./s. 传统方法一般采用的等流量加大扬程,根据B 点所表示的参数来选择泵,如果B点为泵的最高效 率点,则认为所选择的泵型比较好,然后根据综合分 析对比来确定合适的泵.但是,根据试验分析比较以 及大量的实测资料证明,最高效率点在B点的泵, 它的泵装置最高效率不是在B点,而是在流量较 小,扬程较高的C点.如按传统方法选择泵型,水泵 将运行在低扬程大流量区域.对于高扬程泵站,由于 管路水力损失所占比例较小,C点偏移A点不大, 所以传统选泵方对选择泵型没有多大的影响,但对 于低扬程泵,管路损失所占的比重相对较大,传统的 方法必然会导致泵站效率偏低,在这里推荐使用变 扬程,加大流量的选型方法[2].一般来说,对于轴流 泵,流量与设计流量相比减少8%,1O9,6,扬程与 设计扬程相比增加5%,8;对于混流泵,流量与 设计流量相比减少5oA,1O,扬程与设计扬程相 比增加1,5;对于离心泵,流量与设计流量相 比减少109/6,15,扬程与设计扬程相比减少 2%,4%. 根据上述方法选择好水泵后,再根据泵站的设 计流量和单泵流量确定不同泵型的水泵台数,使其 满足关系公式(6)[3]: Q设一>7/Q(6) 式中:Q设为泵站的设计流量,m./s;Q为所选泵型 的单泵流量,m./s. 绘制灌溉区设计流量过程线,将所选水泵不同 台数运行时的泵站出流量过程线与用水过程线进行 拟合(图2),检查能否满足灌排流量变化的要求. (!/(m?$-1) 图1水泵选型方法图2泵站流量过程拟合示意图 如果拟合过程线与灌溉设计流量过程线比较接 近,则表明所选泵型的台数能够适应灌溉要求.在灌 溉时限允许的范围内,可适当修订设计流量过程线, 使两者吻合.如果两者差异较大,应考虑更换泵型与 水泵台数,并重新进行上述检验.最后选择出合适的 泵型. 4水泵选型中应该注意的问题 (1)灌溉泵站常用的叶片泵类型有离心泵,轴 流泵和混流泵三种类型,在选取水泵时要根据不同 泵类型的特点选取合适的水泵.由于混流泵具有高 效区范围宽广,运行效率较高,不同工况下轴功率变 化小且结构简单,土建投资省等优越的综合特征,因 而,在同时可以选用离心泵和混流泵或轴刘泵与混 流泵的情况下,应有限采用混流泵. (2)单机容量的大小,水泵台数的多少,对泵站 有很大的影响.在设备总容量一定的前提下,台数越 多,越容易适应不同时期灌排流量的要求,运行中个 别机组发生故障时对灌排的影响也越小,但设备的 购置费,土建工程费及运行管理费较高;机组台数越 少时,对不同时期灌溉流量的适应性与保证性都较 差,而设备费,土建费,运行管理费将会减少.因此, 水泵台数的选择,应从工程造价,运行管理,设备运 输安装以及土建施工等各个方面的优劣程度,进行 综合论证后确定.对灌溉泵站当流量小于1m./s 时,水泵台数应不少于2台,当流量大于1m./s时, 不少于3台. 5结语 本文对灌溉泵站的设计参数确定及水泵选型问 题进行了讨论,旨在为灌溉泵站设计提供参考.当 然,本论文主要是针对已有灌溉面积和历年的灌水 率图及灌水利用系数等资料的情况下,作出的泵站 设计参数及水泵选型的简单探讨,在实际工作中,还 应结合实际地形,所需灌溉的农作物和灌区水源条 件作具体的分析. 参考文献: [1]GB/T50265—97.中华人民共和国水利部,泵站设计规 范[S].中国计划出版社,2006,3. [21汤方平,刘超,成立,等.低扬程水泵选型新方法I-j].水 利水电科技进展,2OOl,21(4):41—43十7O. [3]把多铎,马太玲.水泵及水泵站[M].北京:中国水利水 电出版社,2004.1.