小型泵站設計

小型泵站設計小型泵站設計第1章小型泵站設計概論小型泵站的特點泵站定義泵站是以抽水為目的，由一整套機電設備和為其配套的土建工程設施所組成的水工建筑物。機電設備是由作為核心設備的水泵及其配套的動力機、傳動裝置、管道系統(tǒng)、電氣控制設備和相關的輔助設備所構成。配套土建工程包括泵房及上部結構，進、出水建筑物及其配套的控制涵、閘等。從廣義上說，由泵站及其相連的引水灌排系統(tǒng)和附屬的管理設施則一起構成泵站系統(tǒng)。泵站分類在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，排灌泵站（習慣上把這一技術措施稱之為機電排灌）己成為農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、旱澇保收的重要保證。同時，隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，泵站已從單一的農(nóng)用排灌發(fā)展到工業(yè)、交通、電力、船舶、城市供排水及防洪等國民經(jīng)濟的許多重要部門。3從總的方面分類，根據(jù)泵站的用途、規(guī)模、泵型或動力類型的不同，泵站有其不同的名稱。按其用途可分為灌溉泵站、排澇泵站、排灌結合泵站及補水（補庫）泵站四種；按泵站規(guī)模又可分為大、中、小型泵站；按泵站的提水高度又可分為高揚程泵站、中等揚程泵站及低（超低）揚程泵站；按水泵的配套動力類型可分為電力泵站、機力泵站和機電混裝泵站；按其所用的水泵類型又可分為軸流泵站、混流泵站、離心泵站、形工泵站及潛水泵站等幾種。本設計所涉及的泵站范圍主要是流量在10m3/s以下、泵的口徑不超過500mm的泵型及單級揚程不超過50m的泵站。3不同類型地區(qū)泵站的特點根據(jù)不同類型地區(qū)的特點，其所建泵站無論是泵型還是泵站的型式都體現(xiàn)出不同的特點。（1）低洼土于區(qū)；主要分布于江蘇省里下河和太湖河網(wǎng)地區(qū)、浙江省杭嘉湖地區(qū)、廣東省珠江4三角洲等地區(qū)。這些地區(qū)地勢平坦而低洼。當暴雨時，內(nèi)澇普積，外水壓境，外水位常接近或高出地面無法自排。在天旱時，外水位往往低于地面不能引灌。因此，在低洼土于區(qū)必須積極發(fā)展機電排灌。在這類地區(qū)，機電排灌的特點是排澇模數(shù)大于灌溉模數(shù)。建站中，多以低揚程排澇站為主，排灌降結合，有的也建有單灌站。其泵型一般采用低揚程軸流泵和土虧工泵，凈揚程平均在3m以下。泵站的布局上，采取統(tǒng)一規(guī)劃、分散布點，即按排澇標準統(tǒng)一配備裝機容量，按排灌的要求分散設點建站，做到大聯(lián)土于分級排澇，小灌區(qū)(100畝左右)分散灌溉。低揚程排澇站采用壇工泵或高比轉速軸流泵為主，灌排站采用軸流泵和混流泵為主。(2)平原地區(qū)：主要集中于山東、江蘇、浙江、廣東、遼寧、河北、上海、天津等沿海地區(qū)及內(nèi)地湖北、湖南、黑龍江等省沿江、河、湖泊地區(qū)。廣布于黃、淮、沂、沐、泗和長江、珠江、5黑龍江等河道的中下游。地勢平坦，微緩傾斜，在大部分平原坡地及沿海墾區(qū)，一般自流灌溉條件差，泵站提水揚程多在5~7m左右。這些地區(qū)地下水埋深一般在3~5m以上。因此，除需建泵站提水外，同時還需開發(fā)地下水，發(fā)展井灌，以補充地面徑流之不足。泵站的型式一般有兩種，一種為補水站，起調(diào)節(jié)水量、補充水源的作用；另一種是灌溉站，提取內(nèi)部溝河蓄水，進行抗旱灌溉。在江蘇、湖北、湖南等省建有大中型水利樞紐工程的地區(qū)除建有大型泵站在流域間進行調(diào)水外，在這些地區(qū)還建有以灌溉或灌排結合為主的小型泵站，灌溉揚程多在5?7m左右，排澇揚程多在3~6m左右。在沿江沿海平原，由于受潮汐影響，水位時漲時落，易澇易旱。旱時需提水以補水源，澇時則需提水外排。因此，在建站時，往往引、蓄、排、降多功能相結合。這類泵站由于年工作時間較長，因此在設計時應充分考慮泵6的工作性能在高效區(qū)內(nèi)工作，以節(jié)約能耗，降低成本。(3)山丘地區(qū)：我國大部分地區(qū)，特別是內(nèi)地省區(qū)，山丘綿延起伏。山丘崗地，由于塘庫少，被復差，大雨蓄不住，水土流失嚴重，灌溉水源普遍不足，這些地區(qū)多通過建泵站多級提水灌溉。在一些攔蓄條件較好的山丘區(qū)，庫塘較多，機電排灌主要任務在于提水以補充地面徑流蓄水的不足，提高灌溉保證率。這類泵站一般多是忙時灌田，閑時灌塘。在豐水年多用塘水，缺水年則開機補塘，平衡高峰用水量。由于山丘區(qū)的耕地多集中于崗坡，提水揚程多在50m以下，一般通過建二級或二級站多級提水上山，泵型多為雙吸式離心泵，單級揚程在10?30m左右。少數(shù)高揚程泵站使用單吸式離心泵，單級揚程可達50m以上。(4)城鎮(zhèn)地區(qū)：隨著我國各地城市和中小城鎮(zhèn)建設的迅速發(fā)展，城市防洪除澇已顯得日漸重7要和迫切。建設泵站是城鎮(zhèn)防洪、除澇、保安的重要措施。泵站擔負著抽排內(nèi)水的重要任務。由于城市防洪揚程較低，且所需流量大，要求能在短時間內(nèi)及時排除積水，降低內(nèi)水位。另外，這類泵站功能較為單一，且年工作時間短。因此這類泵站應選用工作可靠、結構簡單的中型軸流泵?？紤]到城市用地緊張，低揚程潛水電泵也是一種可供選擇的泵型。在設計選型中，這類泵站應主要考慮工作的可靠性，確保機組能安全運行。為充分發(fā)揮這類泵站的效益，應盡量在規(guī)劃中與城市排污泵站相合。1.2小型泵站的結構型式小型泵站結構型式因泵站的用途、水泵的類型、安裝的方式等因素不同而不同。按泵站基礎分，有分基型、共基型、塊基型泵房；按泵室是否有水分，有干室型和濕室型；按其進水方式，又有開敞式、封閉式、流道式、涵洞式進水等；按其出水方式，又有開敞式出水、壓力水箱出水等型式；按泵軸的安裝方向，有立式、臥式、斜式之分；按機組布置方式分，有單列、雙列、交叉布置等型式；按機房的形狀分，有矩形、圓形、外弧形、內(nèi)弧形、六角形、折線形等區(qū)分；在土建結構型式上，又有框架式、墩墻式、拱墻式、樁基式等泵站類型；在機組安裝位置上，又有落井、半落井、潛沒式、移動式之分；在泵站樞紐布置上，又有單排、單灌、排灌結合和排、灌、自排、自引多功能結合以及閘站結合等多種型式。按照小型泵站的布置型式，有堤身式和堤后式兩種。采用堤后式布置時，站身不直接擋水，出水池離站身有一段距離。這種型式出水管道較長，但機房和出水池之間可作為交通道路之用。堤身式泵站是利用機房直接擋水，機房后墻即為出水池墻，這種型式由于出水管道短，在小型混流泵站和軸流泵站中采用較多。這種布置型式由于出水池與機房聯(lián)為一體，因此在出水池位置較高時，出水池通常均建于回填土上。為了不致因沉陷不均而影響工程安全，在施工中要注意回填土的夯實，同時應設置必要的沉陷止水縫。另外由于出水池與機房連接為一體，滲徑縮短，因此,在設計中必須進行防滲驗算，以確保站身穩(wěn)定和安全。1.3小型泵站的設計原則一般小型泵站的設計應本著下列原則進行：(1)總體布置應合理，特別是排灌結合或自排、自引與提水相結合的泵站以及閘站結合的泵站，在布置上應力求緊湊，充分利用建筑物進行調(diào)節(jié)。(2)在泵型的選擇上應力求使泵站設計揚程與水泵額定揚程相一致，且滿足灌溉與排水流量的要求。并盡量選用技術上先進的泵型，以保證泵站裝置效率高，運行費用省。同時所選用的泵型應是比較成熟的泵型，有一定的運行實踐，應盡量避免選用試驗泵型。(3)泵型的選擇要充分考慮泵站的用途和工10作性質(zhì)。對那些年工作時間較長的灌溉和補水泵站應選擇高效區(qū)范圍寬，且效率高、汽蝕性能好的泵型。對那些以排澇為主的泵站則應選擇工作性能可靠、結構簡單的泵型。(4)工程布置應盡量采用正向進水，確保每臺機組的進水條件良好，流態(tài)均勻。在工程布置上不得不采用側向進水時，在設計中應盡量延長側向進水口與水泵的距離，并采取一定的導流措施。(5)出水池的設計應盡量避免急彎而引起水流撞擊、壅高。壓力水箱的設計應避免各出水管道水流的相互沖擊而增加能量損耗。(6)應盡量采用當?shù)乜衫玫慕ㄖ牧?。設計應保證施工簡單、方便，且工程投資較少。1.4小型泵站的設計步驟資料搜集包括興建緣由、設計流量、水位組合、地質(zhì)資料、地形狀況、水文、氣象資料、交通狀況、電11源情況以及對設計的一些特殊要求等。機泵選型包括泵型及泵的規(guī)格的確定，調(diào)節(jié)方式，泵的臺數(shù)確定；電動機功率及型號（含極數(shù)）的確定；傳動方式的確定。樞紐布置包括站址的確定、取水口的布置、引水路線的確定、輸水渠或容泄區(qū)的布置以及站身的基本型式（堤身式或堤后式）和進水方向（正向進水或側向進水）、出水方向（正向出水或側向出水）等。對擔負多種功能的泵站，還應確定實現(xiàn)各種功能的方案和方法。輔助設備的布置方案包括真空泵的布置；起重設備的布置；攔污方式；傳動計算；進出水管道直徑和管道材料、管道附件（閘閥、逆止閥等）的確定等。站身布置（1）泵房結構型式選擇：根據(jù)泵型、地形、水源、12水位變幅等情況確定采用泵房的結構型式。(2)斷流方式選擇：根據(jù)泵房結構型式及布置要求，確定采用拍門、虹吸真空破壞、快速閘門等斷流方式。在小型泵站中，一般以拍門斷流方式為好。(3)機房布置：包括機組布置、管路布置、檢修間及主要配電設備和輔助設備的布置。(4)機房平面尺寸的確定：根據(jù)以上布置的要求確定機房的寬度、長度。(5)機房高度的確定：根據(jù)泵型及起重要求和起重設備的型式確定機房高度。(6)機房各部分高程的確定：包括水泵、電機安裝高程；機房底板、水泵梁、電機梁、地面、屋面大梁、進出水池等各部分高程。水泵工況點核核根據(jù)最后確定的管道及附件布置，計算管路局部損失和沿程損失，并確定水泵工作點。在設計工況下，工作點應落在高效區(qū)范圍內(nèi)，同時能滿13足各種要求的水位組合和流量，并保證電動機安全運行。進水建筑物設計(1)引河設計：包括引河底寬、邊坡、底坡、水深等參數(shù)的確定。(2)前池的設計：主要確定前池的寬度、擴散角、長度、底坡、翼墻型式及前池冒水孔、反濾層的尺寸和型式等。(3)進水池的設計：主要確定進水池的型式、寬度、長度、進水管喇叭口懸空高、淹沒深度、進水池后壁型式和形狀、管口至后壁的距離以及攔污設施等。出水建筑物設計(1)出水型式的確定：根據(jù)泵房結構型式和布置要求，確定采用開敞式出水池或壓力水箱。(2)出水池的設計：確定出水池寬度、深度、長度與銜接段尺寸等。(3)壓力水箱設計：包括壓力水箱的結構型14式、平面尺寸、高度等。(4)泄水建筑物設計：對排澇或排灌泵站還需考慮泄水建筑物部分的布置和尺寸確定及結構設計。繪制機房平面和剖面草圖根據(jù)以上的布置和尺寸，在方格紙上繪制出機房的平面圖和站身剖面圖，并進行合理的調(diào)整。機房整體穩(wěn)定及地基應力校核根據(jù)水力計算和設備布置初步擬定機房平面和剖面尺寸之后，對濕室型機房需進行抗?jié)B、抗滑和地基應力核核；對干室型機房還需進行抗浮穩(wěn)定校核。在不能滿足穩(wěn)定要求時，必需對機房內(nèi)設備布置進行調(diào)整或?qū)C房尺寸進行修改。在地基應力不能滿足要求時，應對地基處理方法進行設計。結構設計(1)機房結構計算：①底板的結構設計15②水泵房的結構設計：包括水泵梁、中墩、邊墩的設計或框架等結構型式設計。③電機房的結構設計；包括電機層樓板、電機梁、框架的結構設計。④房屋設計：包括屋頂、屋面大梁、磚墻、腰箍、立柱、行車梁等結構計算。(2)擋土墻設計：包括機房兩側、后墻、出水池、前池翼墻等處起擋土作用的擋土墻的設計。(3)壓力水管設計：對高揚程泵站，出水管道很長，出水管道的投資在總投資中占有很大比重。必須進行下列計算：①出水管道布置及并聯(lián)方式。②經(jīng)濟管徑選擇。③水錘計算。④鎮(zhèn)墩、支墩計算。(4)壓力水箱及出水池結構設計。(5)壓力涵洞設計。(6)基礎設計：對分基型泵房還包括機房基礎16結構計算、地基處理計算、機組基礎設計等。輔助設備的設計和選型配套包括管道及其配件、傳動、起重、通風、排水、抽真空、量測儀表和設備等的設計、選型、配套。1.4.13電氣設計包括一次主接線和二次接線以及電氣設備和高、低壓開關屏的選型、室外變電設計、防雷設計、接地設計和室內(nèi)配電設計。以上所給出的步驟，根據(jù)所設計的泵站的規(guī)模和泵型而不盡相同。有些小型泵站則憑經(jīng)驗確定結構尺寸，但往往由于泵型選擇不當及對泵站進出水缺乏合理的設計，使泵站裝置效率偏低或造成工程投資的浪費。有些則由于缺乏設計而引起工程質(zhì)量事故，造成不必要的損失。因此，對小型泵站進行必要的設計和計算是非常重要的。17第2章小型泵站設計參數(shù)的確定設計標準防洪、排水、灌溉設計標準，是確定泵站工程規(guī)模大小的重要依據(jù)，一定要根據(jù)國民經(jīng)濟的發(fā)展水平和經(jīng)濟效益確定。對人多地少、工副業(yè)發(fā)達、經(jīng)濟基礎好、農(nóng)業(yè)高產(chǎn)的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，設計標準應適當提高，以防一旦失誤而造成重大經(jīng)濟損失。防洪設計標準泵站工程的防洪設計標準，應按泵站建筑物的級別確定。如表2-1所示。表2-1泵站工程水工建筑物防洪設計標準建筑物級別1234~5洪水重現(xiàn)期（年）正常運行>100100~5050~2020~10非常運行>50020010050對一般小型泵站按4~5級建筑物考慮，按10~20年一遇的洪水設計，按50年一遇的洪水校核。排水設計標準排水設計標準是確定排澇泵站規(guī)模的重要依18據(jù)。排水標準定得越高，則裝機容量越大；定得越低，則在暴雨超過設計標準時，排澇歷時將比設計情況要增加，作物可能受淹而造成減產(chǎn)或損失。因此，排水設計標準應以澇區(qū)發(fā)生一定重現(xiàn)期的暴雨不受澇、漬為準。其暴雨重現(xiàn)期應進行經(jīng)濟比較確定。一般采用5~10年一遇的暴雨標準，條件較好或有特殊要求的地區(qū)，經(jīng)過論證，標準可以適當提高。排水標準中的暴雨歷時和排水時期，應根據(jù)排澇區(qū)的暴雨特性及暴雨量、河網(wǎng)、湖泊的調(diào)蓄情況，以及作物的耐淹水深或耐漬情況等具體條件確定。對于具體有調(diào)蓄容積的排水系統(tǒng)，應根據(jù)調(diào)蓄容積的大小，采用較長歷時的設計暴雨或采用一定間歇期的前后兩次連續(xù)暴雨作為設計標準，其排空調(diào)蓄容積的時間，應根據(jù)當?shù)乇┯晏匦?，統(tǒng)計分析兩次暴雨的間歇天數(shù)確定。各地區(qū)所采用的暴雨重現(xiàn)期、排澇設計標準如19表2-2所不?。表2-2我國主要地區(qū)的暴雨重現(xiàn)期和排澇設計標準地區(qū)暴雨重現(xiàn)期排澇設計標準湖北平原10年一遇內(nèi)排站3天暴雨排至作物耐淹水深，2天排走調(diào)蓄水量共5天；外排站3天暴雨7~11天排完；用于內(nèi)排站及排田5天，排渠調(diào)蓄水1天，調(diào)蓄區(qū)1~4天。湖南洞庭湖區(qū)10年一遇排田，3天暴雨，3天排至水稻耐淹水深；排湖，15天暴雨，15天排完，3天末排至田間水稻耐淹水深，5~10天全部排完，其余湖泊蓄水7~10天排完。安徽巢湖、蕪湖、安慶地區(qū)5~10年一遇3天暴雨，3天排完排至作物耐淹水深。江蘇水網(wǎng)耳區(qū)大于10年一遇日雨200mm,2天排出(雨后一天排出)。浙江杭嘉湖地區(qū)10年一遇一日暴雨，2天排出，不考慮田間蓄水。上海郊縣10~20年一遇24小時暴雨200mm,1?2天排出，不考慮田間蓄水。蔬菜田當日暴雨，當日排出。廣東珠江三角洲5~10年一遇24小時暴雨2天排至作物耐淹水深(200?300mm)。江西鄱陽湖區(qū)10年一遇3日暴雨不成澇。河北白洋淀5年一遇一日暴雨(114mm)3天排出。遼寧平原5年一遇3日暴雨，3天排至作物耐淹水深(130?170mm)。灌溉設計標準灌溉設計標準是確定灌溉泵站裝機容量的重要依據(jù)，應根據(jù)灌區(qū)水土資源、水文氣象、作物組成以及工程效益、灌溉成本等情況等合理確定。灌溉設計標準一般以灌溉設計保證率表示，即：np100%N(2-1)20式中p—灌溉保證率（％）;n—設計灌溉用水量全部獲得滿足的年份（年）；N一計算的總年數(shù)，當采用時歷年法計算時，時歷年系列一般不應少于15年。泵站工程設計中，灌溉設計保證率是以保證在比較嚴重干旱年份時使作物獲得豐產(chǎn)所需的灌溉水量為設計標準。如泵站能解決5~10年一遇的旱情，即100年中有80~90年的灌溉用水可以得到保證，其灌溉保證率為：p=（80~90）/100=80~90%。灌溉設計保證率p,對缺水地區(qū)，以旱作物為主采用50~75%,以水稻為主采用70~80%;對于豐水地區(qū)，以旱作物為主采用70~80%,以水稻為主采用75~95%。在以外水為主要水源時，能否取得干旱年所需的灌溉用水量，關鍵在于外河水位能否保證水泵正常提水。因此，保證率主要是要求外河枯水位的水位頻率，設計時常以灌溉用水期外河2180?90%頻率的枯水位或歷史上最枯水位作為設計依據(jù)。對小型泵站，常以干旱無雨作物需水量最為緊迫時的一次用水量作為灌溉設計標準。對旱作物區(qū)，一般以播前灌水定額為依據(jù)（50?60m3/畝）,對水稻區(qū)，以泡田期用水定額為依據(jù)，不同土壤的稻田泡水定額如表2-3所示。對于水源缺乏或揚程很高的地區(qū)，應適當降低灌水定額，以節(jié)約用水，并擴大灌溉面積。表2-3水稻泡田定額（m3/畝）土壤類別地下水埋深h（m）泡田定額（m3/畝）粘土、粘壤土50?80中壤土、砂壤土h<2m70?100h>2m80~120輕砂壤土h<2m80?130h>2m100~160設計流量的確定灌溉泵站設計流量的確定（1）無調(diào)蓄容積，直接灌溉的灌區(qū)對無調(diào)蓄容積，利用干渠作為直接灌溉的泵站，其設計流量按作物生長期內(nèi)用水高峰段各種作物所需的水量確定。泵站設計流量按下式計22

mA算:mAQ3600Tt（2-2）式中Q一灌溉設計流量（m3/s）;m一用水高峰期時段內(nèi)各種作物的設計凈灌水定額（m3/畝）；A—相應時段內(nèi)，各種作物的灌溉面積（畝）；T一灌水歷時（日）或灌水天數(shù)（日），參考表2-4確定；在經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)，應取小值；t一泵站日開機小時（h）,對農(nóng)村及偏遠地區(qū)，應考慮線路停電的因素，一般取18~20h;刀一渠系水利用系數(shù)，與該渠系所控制的面積大小、渠系土質(zhì)、渠道長度、防滲措施等因素有關。對于無防滲措施的渠道，T]可參考表2-5確定。對于有防滲措施的渠道，渠系水利用系數(shù)刀i可按下式計算：T）i=T]+a（1-n）23(2-3)a一渠道采取防滲措施后減少滲漏的百分

數(shù)，與防滲所采用的材料有關。對素混凝土a=0.85~0.90;鋼筋混凝土a=0.95~1.0;掛淤后的干砌卵石a=0.5~0.8;干砌卵石灌漿和瀝青混凝±a=0.8~0.95;粘土a=0.8~0.9;塑料薄膜a=0.9。對渠系水利用系數(shù)，在初步設計或資料不足時，也可以按灌區(qū)規(guī)模確定，一般大型灌區(qū)采用0.55,中型灌區(qū)采用0.65,小型灌區(qū)取0.75。表2-4不同作物不同生長期的輪灌天數(shù)作物名稱生長期輪灌天數(shù)作物名稱生長期輪灌天數(shù)水稻泡田水7-10棉花幼苗期灌水6-10生育期補水3-7花鈴期灌水6-10吐絮期灌水8-15冬小麥播前灌水10-20玉米拔節(jié)期灌水10-15拔節(jié)灌水10-15吐穗期灌水8-15灌漿灌水5-10灌漿期灌水5-10表2-5渠系水利用系數(shù)灌溉面積(萬畝)<11-1010~3030~100>100渠系利用系數(shù)Y]0.75-0.850.70~0.750.65~0.700.60~0.650.50~0.60水稻灌區(qū)渠系水利用系數(shù)取大值【例】某灌區(qū)共有12500畝耕地，其中稻田8500畝，棉花田4000畝。全區(qū)土壤均為粘壤土。現(xiàn)6月15日開始泡田插秧，要求8天內(nèi)完成,24

在這期間正值棉花現(xiàn)蕾也需澆灌。試求灌溉泵站的設計流量應為多少，才能滿足上述灌溉要求？【解】根據(jù)表2-3,取水稻田泡田定額為70m3/畝，泡田時間為8天，棉花現(xiàn)蕾期灌水定額采用40m3/畝，輪灌時間為8天，全灌區(qū)根據(jù)土質(zhì)和灌溉面積大小，渠系利用系數(shù)取n=0.85。泡田期8天，平均每天泡田8500/8=1062.5畝，最大用水流量發(fā)生在第八天，泵站不但要提供第八天的1062.5畝泡田用水和4000/8=500畝棉花田灌溉水，還要提供前七天已泡田栽秧的7X1062.5=7437.5畝的秧苗補水。一般水稻生育期每晝夜耗水6~10mm,孕穗開花期每晝夜耗水10~15mm,取稻田苗期每日耗水深為8mm。按灌溉站每天開機20h計算，則每天泡田水和棉花灌溉用水流量為：mA3600Tt7085004040003600820mA3600Tt70850040400036008200.851.542m3s第八天秧田的灌溉補水流量為:Q27437.5667。Q27437.5667。0083600200.850.648m3s25灌溉泵站設計流量Q=Qi+Q2=1.542+0.648=2.19m3s(2)有調(diào)蓄容積的灌區(qū)在山丘地區(qū)，以塘壩水庫蓄水灌溉為主，在水庫蓄水量不足時，應根據(jù)水庫塘壩調(diào)蓄容量的大小，適當削減設計流量。在這種情況下，泵站設計流量按下式確定：MAVNQ-3600Tt(2-4)式中Q一有調(diào)蓄容積時的灌溉補水設計流量(m3/s);M—70天的灌溉定額，取300?500m3/畝；A一灌溉面積(畝)；V—塘壩水庫的有效蓄水容積(m3)；N一塘壩水庫在70天內(nèi)的復蓄徑流有效次數(shù)，在泡田前取N=0.5,在水稻生育期取N=0.5?1.5;T—抗旱天數(shù)，取T=70天;26t—每天開機時數(shù)，取15?20h。【例】某灌區(qū)，灌區(qū)面積15000畝，有一水庫可蓄水2萬m3,由于蓄水不足，擬建一補水灌溉泵站，試確定泵站設計流量？【解】取70天內(nèi)的灌水定額為500m3/畝，水庫復蓄徑流有效次數(shù)N=1.2,泵站每天開機時間取t=16h,則補水泵站設計流量為：MAVN50015000200001.2Q1.85im3/S3600Tt36007016(3)灌溉模數(shù)法如果灌區(qū)作物組成不易確定以及在泵站初步設計時，可根據(jù)不同地區(qū)歷年中灌溉工程的統(tǒng)計資料，按下式計算設計流量。Q=qA(2-5)式中q—灌溉模數(shù)(mHs/萬畝)。平原湖區(qū)，取q=1.0~1.5;丘陵地區(qū)、小型灌區(qū)，取q=1.0;大型灌區(qū)，取q=1.5?2.0;A一灌溉面積(萬畝)。27綜上所述，灌溉設計流量應根據(jù)灌溉面積、作物組成、灌水定額、每次灌水延續(xù)時間及渠系水利用系數(shù)進行計算，同時要加強各級渠道防滲措施，以提高渠系水利用系數(shù)。機組的日開機小時應根據(jù)機電設備運行條件、灌溉要求及供電情況確定。在提蓄結合灌區(qū)中計算提灌設計流量時，最好先繪制凈灌水率圖，而后用調(diào)節(jié)水量削弱灌水率高峰值，這樣可減少提灌設計流量，減小泵站裝機容量，降低工程投資。泵站的裝機流量，是指灌溉設計流量和備用機組流量的總和。但備用機組流量（包括加大流量）不應該超過灌溉設計流量的20%。對于多泥砂水源和裝機臺數(shù)少于4臺的泵站，經(jīng)過論證，備用機組流量可適當增加。但在多雨地區(qū)以排水為主的泵站，一般可不設備用機組。2.2.2排澇泵站設計流量的確定（略）特征水位的確定灌溉泵站的特征水位28進水池水位(1)最高防洪水位最高防洪水位按泵站工程防洪設計標準確定，按表2-1中所確定的暴雨頻率確定防洪水位。該水位是確定泵站機房等具有防洪要求的防洪墻及電機層高程的依據(jù)，是保證泵站安全所必需的水位。(2)最高運行水位最高運行水位即歷年平均最高水位，用于水泵工作點的校核。對離心泵站，最高運行水位還是確定最低揚程時配套電機功率的依據(jù)。(3)設計水位從河流和水庫取水的泵站，應取歷年灌溉期相應于設計保證率的日或旬平均水位作為設計水位；從渠道取水的泵站，應與渠道設計水位相適應。設計水位是計算水泵設計揚程的依據(jù)。(4)最低運行水位從河流取水的泵站，可取歷年灌溉期河流(水29源)相應于灌溉保證率90?95%的年最低日平均水位作為最低運行水位；從水庫或湖泊提水的泵站，可采用水庫的死水位或湖泊的低水位；從渠道提水的泵站，可采用不低于泵站設計流量40%時相應的水位。以上各種水位，均應考慮建站后沖淤變化的影響。最低運行水位是確定水泵安裝高程的依據(jù)。如確定偏高，不僅會給機組運行造成困難，還會造成水泵汽蝕、振動；但如確定偏低，將使泵站挖深增加，加大工程投資。對軸流泵站而言，最低運行水位也是確定水泵最高揚程和配套電機功率的依據(jù)。出水池水位(1)最高水位出水池最高水位應與輸水渠道或河道的防洪水位相適應。在出水池直接與外河連接時，才有最高水位。該水位是確定出水池高程的依據(jù)。(2)最高運行水位一般為泵站運行最大流量所相應的水位。該水30位是確定水泵最高揚程和出水池高程的依據(jù)。(3)設計水位根據(jù)灌溉設計流量的要求，應按灌區(qū)末級渠道的設計水位推算到出水池的水位。有通航要求的河道應以設計通航水位進行校核。該水位用于計算設計揚程。(4)最低運行水位一般為泵站運行最小流量所相應的水位。有通航任務時，應滿足最低通航水位的要求。該水位是確定水泵最低揚程和確定出水管口高程的依據(jù)。排澇泵站的特征水位(略)特征揚程(凈揚程)的確定設計揚程設計揚程是泵站進、出水池在設計水位時的水位差。在此揚程下，泵站的提水流量應滿足灌排設計流量的要求，同時機組效率較高。最圖揚程31排澇泵站按出水池最高運行水位與進水池設計水位之間的水位差計算；灌溉泵站按出水池最高運行水位或設計水位與進水池最低運行水位之間的水位差計算。最低揚程排澇泵站按出水池最低運行水位與進水池設計水位或最高運行水位之間的水位差計算；灌溉泵站按出水池最低運行水位與進水池設計水位或最高運行水位之間的水位差計算。平均揚程平均揚程是灌排季節(jié)中泵站出現(xiàn)機遇最多、運行歷時最長的工作揚程。在此揚程下，水泵應在高效區(qū)下工作。平均揚程可按下式計算：HiQitiHQiti（2-10）式中H一泵站平均凈揚程（m）;t，一提水期間各時段歷時（h）;f一相應時段的運行揚程（m）;32Qi一相應時段的提水流量（m3/s）不同類型泵站揚程的確定對于一般小型泵站來說，在設計時往往缺乏資料，一些水位難于確定。在這種情況下，可以根據(jù)泵站的作用和己有的水位進行組合，來確定泵站設計凈揚程和校核凈揚程。三種類型的泵站水位組合如表2-6所示。表中所述各項水位均為推算至泵站進出水池的水位。對灌排結合的泵站，在確定設計揚程時，應根據(jù)該站灌溉與排澇的頻率及運行時間的多少來選擇一個設計揚程作為泵站的設計揚程。表2-6泵站上下水位組合表凈揚程灌溉泵站排澇泵站排灌結合泵站灌溉排澇設計凈揚程灌溉渠首水位-水源平均水位或灌溉用水高峰期低水位平均外河高水位-排區(qū)常水位或預降水位灌溉渠首水位-灌溉水源平均水位（結合排水時，取排區(qū)常水位）平均外河高水位-脫險水位或預降水位校核凈揚程灌溉渠首水位-水源最低水位外河最高洪水位-預降水位灌溉渠首水位-灌溉最低水位外河最高洪水位-脫險水位或預降水位33第3章小型泵站水泵選型小型泵站常用泵型葉片泵的分類葉片泵是排灌用的最主要泵型，僅農(nóng)用泵我國就已擁有44個系列，424個品種和1002個規(guī)格，為了更好地適應國民經(jīng)濟發(fā)展的要求，我國正逐步對舊水泵系列產(chǎn)品進行更新?lián)Q代，改造舊系列，發(fā)展新系列，大力開發(fā)有發(fā)展前途的新泵型。葉片泵種類很多，每一種水泵又有許多規(guī)格。為了便于選用，把各種不同類型的水泵按其尺寸大小、揚程、流量、轉速和結構型式等，分別編成不同的型號。水泵型號都用漢語拼音字母和其前后一些數(shù)字來表示。一般用拼音字母表示水泵種類、結構型式。拼音字母前面的數(shù)字表示的水泵進口直徑（井泵表示最小井管內(nèi)徑），用mm或英寸表示。拼音字母后面的數(shù)字表示該泵的性能參數(shù)，如比轉速、揚程（m）、流量（m3/s）、葉輪級數(shù)等。34有些型號后面還附有一些符號，如A、B、或S等，表示水泵葉輪車削的檔次或改型設計等。有些水泵由于型號不斷改進，型號表示的意義和內(nèi)容也隨之改變。因此，在水泵選型、配套時要注意查清。常用葉片泵主要分類如下。離心泵(1)臥式泵：有單級式和多級式兩種型式。在單級式泵中又可分為單吸式［如B(BA)型、舊、IS型］雙吸式［如S(Sh)型、SA型］兩種型式；多級式泵一般表示為D(DA)型。(2)立式泵：一般用L表示，如SLA型?；炝鞅?1)臥式泵：如HB、HW型。(2)立式泵：有蝸殼式［如HL型、HLB型、HLWB型］和導葉式［如HL型、HD型、HLB型］兩種型式。軸流泵35立式：如ZLB型、ZLQ型、ZL型。臥式：如ZW型、ZWB型。斜式：如ZXB型、ZXQ型。(4)貫流式：如ZGB、ZGQ、GWB型。(5)軸伸式壇工式：如WZL型。深井泵長軸泵：如JD型、J型。簡易長軸泵：如J型、TJ型、NJ型潛水泵小口徑：如JQ型、NQ型、QSB型、QS型。大口徑：如QSZ型、QZ型。噴灌泵(1)自吸泵：如BPZ型。(2)離心泵：如BP型。水輪泵(1)單級：如AT型。36（2）多級：如XW型、川型。3.1.2離心泵（1）單級單吸離心泵單級單吸離心泵結構簡單，操作方便、維護與檢修容易。主要型號有B（BA）型、ISQB）型，其口徑為12.5~200mm（1/2~8英寸），流量為4.5m3/h~360m3/s,揚程自8m至U98m。目前，B型離心泵已有17個基本型號和22種變型型號，具有小流量、高揚程特點，適用于丘陵山區(qū)等小型灌區(qū)提水之用。（2）單級雙吸離心泵單級雙吸離心泵是一種單級、雙吸中開式離心泵，具有揚程較高、流量較大、檢修方便的特點，是機電排灌中用得較多的泵型。雙吸離心泵有S（Sh）型和SA型，其口徑范圍為150~1200mm（6~48英寸），大型湘江泵口徑達1400mm（56英寸）。比轉速范圍為60~300,揚程范圍10?140m,流量范圍0.03~6.5m3/s。雙吸離37心泵規(guī)格品種比較齊全，每個品種又有不同車削直徑的葉輪可以調(diào)換。因此，根據(jù)排灌流量、揚程的要求容易選型，廣泛用于丘陵山區(qū)高地提水灌溉的需要。雙吸式離心泵的吸入口和吐出口都位于泵軸中心線的下方，成水平方向，與軸線呈垂直位置，泵蓋用雙頭螺栓及圓錐定位螺釘固定在泵體上，無需拆卸進、出水管路及電動機即可進行檢修。雙吸泵由于葉輪對稱布置，軸向力互相抵消，不需設置軸向力平衡裝置。S(Sh)型泵從傳動方向看水泵是逆時針方向旋轉，從水泵進水口向出水口方向看聯(lián)軸器位于泵的右側。如果在泵房布置時，需要將聯(lián)軸器換至左側，那么在泵站設計和水泵訂貨時必須加以說明，以便由生產(chǎn)廠進行調(diào)向。S型泵是國家推薦的節(jié)能新產(chǎn)品，采用了優(yōu)秀水力模型，與同樣工作參數(shù)的Sh型泵相比，水泵效率提高了2?7%。軸功率下降了7~8%。目38前，S型泵口徑從150mm到500mm,共有21種42個規(guī)格，最高揚程達125m,最大流量達0.56m3/s。Sh型泵原為全國泵行業(yè)聯(lián)合設計產(chǎn)品，現(xiàn)已被列為淘汰產(chǎn)品，逐步為S型泵所替代。目前有一部分Sh型泵在國家尚未宣布S型泵替代產(chǎn)品前，仍繼續(xù)生產(chǎn)和使用。除已淘汰的Sh型泵外，尚有13種28個規(guī)格，其口徑從200~1200mm（8?48英寸）。SA型雙吸泵結構與S型基本相似，效率較高，一般在80~92%之間?？趶綖?50~800mm（10~32英寸），共有10種37個規(guī)格可供選用。湘江型雙吸泵是一種大型離心泵，口徑為1400mm（56英寸）。比轉速有230和280兩種，最大流量達6.5m3/s,設計揚程25~18m,是高揚程大型提水工程的泵型之一。雙吸式離心泵除臥式安裝外，根據(jù)需要也可以設計立式安裝的形式。目前主在有SLA型，其39性能與相同規(guī)格的SA型泵相同。(3)多級單吸離心泵多級單吸離心泵適用揚程比較高的場合?？趶?0?200mm(2?8英寸)，流量25~450m3/h。根據(jù)需要，葉輪2?10級，揚程14?600m,也有高達1000m以上的。與單級單吸離心泵相比，多級單吸離心泵揚程高，結構復雜，維護困難。目前，最常見的品種有DA型、D型、DG型，其中D型是DA型的改型泵，性能較好，可用于高揚程地區(qū)提水灌溉。混流泵混流泵是介于離心泵和軸流泵之間的一種泵型。揚程適中，流量較大，高效區(qū)范圍寬，功率曲線較為平坦。且結構簡單，安裝維修方便，重量輕，價格低。與軸流泵相比，泵房投資省，施工安裝容易。因此是平原河網(wǎng)地區(qū)及淺丘地區(qū)的優(yōu)選泵型。它的發(fā)展將部分取代離心泵和軸流泵，有著廣闊的應用和發(fā)展前景。40混流泵按出水室的不同，有蝸殼式和導葉式兩種，現(xiàn)分別介紹如下：(1)蝸殼式混流泵蝸殼式混流泵為臥式、單級、單吸懸臂式結構。主要有HB、HBC和HW型等幾種型號，泵的比轉速范圍300~600。HBC型泵是HB型的改型泵，HW型泵經(jīng)過改型設計，采用了優(yōu)秀的水力模型，具有效率高、流量大的特點，與HB型泵相比，平均流量增加了30%。目前HBC和HB型泵口徑從150~650mm(6~26英寸)。除26HB-30型泵揚程達14m外，其余泵型揚程大多在10m以下。HB(HBC)型泵中，150~300mm口徑泵型為垂直出水型，350mm口徑有垂直和水平出水兩種型式)400~650mm口徑泵型為水平出水型。近年來，為了適應低揚程泵站的需要，研制開發(fā)了比轉速500和600的HW型低揚程混流泵。目前HW型混流泵已有8種口徑22個品種，口41徑300?700mm,揚程分為5m、8m、12m三個檔次，供不同揚程地區(qū)選用。豐產(chǎn)牌混流泵也是各地廣泛使用的泵型，結構與HB型基本相同。有21個品種24種規(guī)格，口徑從250?1500mm（10?60英寸），最大流最可達7m3/s以上。除臥式蝸殼式混流泵外，為了適應不同的安裝需要，還開發(fā)HL型立式蝸殼混流泵。其口徑從300?800mm。目前有10種規(guī)格可供選型。立式蝸殼式混流泵除保留了臥式泵的高效節(jié)能、結構簡單、維護方便的優(yōu)點外，又能適應特殊條件的場合安裝使用，拓闊了混流泵的使用范圍。（2）導葉式混流泵（略）軸流泵（略）潛水電泵適用范圍建設小型泵站時，下列場合可考慮使用潛水電泵:42(1)河流、湖泊取水口位置水位變幅大的場合。傳統(tǒng)為解決在水位變化幅度較大的河流取水的泵站電機受淹問題，是將電機層設置在最高洪水位之上，通過長軸與安裝在水泵層的泵軸聯(lián)結，長軸及中間軸承易出故障，給運行管理帶來諸多的不便。還要求建筑物有較高的防洪標準，才能保證泵房安全，工程造價比較高。潛水泵安裝在水下，不受水位影響，適合在水位變幅大的地區(qū)應用。(2)要求降低噪聲影響的場合。潛水泵可以將泵站噪聲級從85-90dB(A)下降到75dB(A)以下，特別適合建設在城市的排澇、污水泵站使用；(3)需要保持地面風貌的場合。潛水泵在水底運行，可以有不建地面廠房的方式，泵房和控制室分離，噪聲低，散熱好，不影響周圍環(huán)境，保持地面風貌；(4)移動泵式泵站。潛水泵機電設備一體化，可采用移動方式與水工結構銜接，水泵統(tǒng)一管43理、調(diào)度，提高水泵利用率和完好率；也可無配套的水工建筑物，采用浮船或雪橇式安裝，適用于防洪、抗旱及臨時抽水。建設原則(1)從高效節(jié)能、防洪能力、運行管理、安裝維護方便以及土地利用、環(huán)境等方面進行綜合評價，選擇合理的設計方案；(2)積極采用經(jīng)過試驗和論證合理的新技術、新材料、新工藝和新設備；(3)根據(jù)泵站實際運行需要和泵站的規(guī)模、地位，采用計算機監(jiān)控技術，實現(xiàn)泵站綜合自動化，積極推行信息化。安裝形式小型泵站潛水泵機組布置根據(jù)其安裝形式可分為：固定式、移動式和閘站結合式潛水泵站。(1)固定式潛水泵站固定式潛水泵站水泵機組與配套水工建筑物固定在一起，檢修、維護時才將機組拆下。固定44式潛水泵站的總體布置應按即將頒布的《潛水泵站設計規(guī)范》規(guī)定執(zhí)行。固定式潛水泵站的配套水工建筑物與普通泵站結構方式類似，機組水泵與電機一體化，安裝便利，配套的堤內(nèi)水工建筑物的防洪標準可降低。(2)移動式潛水泵站移動式潛水泵站總體布置應根據(jù)泵站使用要求，以及機組與水工建筑物的關系確定。有水工建筑物的移動式潛水泵站，根據(jù)泵站水工建筑物功能，也分為兩類。一類水工建筑物為泵站專用，水泵機組的安裝方式為移動式；另一類，泵站水工建筑物還有其它功能，移動式機組與水工建筑物結合，構成泵站。移動式潛水泵站一般為濕坑安裝。移動式潛水泵機組有專用配套的廠房及水工建筑物，其總體布置同固定式潛水泵站。移動式潛水泵機組有配套的廠房及水工建筑物，機組采用可移動安裝方式，采用耦合、承插等方式安45裝，其配套水工建筑物與固定式潛水泵站一樣。當機組長期不運行時，宜將機組吊出水面，放置在安裝及檢修車間或?qū)ｉT設置的置泵平臺。無配套水工建筑物的移動式潛水泵站，水泵機組采用可移動安裝方式，其總體布置應適應水工建筑物的布置，機組與固定水閘、管道、岸墻等水工建筑物結合運用，采用耦合、承插等方式安裝，泵站不設配套水工建筑物如進出水流道、前池、進水池等。泵站不運行時，可將機組吊出水面統(tǒng)一管理、維護。移