风力气压自控扬水机在阜新微喷灌工程中的应用

2016-03-13杨浩辽宁省闹德海水库管理局辽宁阜新123000

东北水利水电 2016年6期

杨浩（辽宁省闹德海水库管理局，辽宁阜新123000）

杨浩
（辽宁省闹德海水库管理局，辽宁阜新123000）

［摘要］阜蒙县太平乡新邱村，烤烟面积占全村总耕地面积的57.1%。项目区建设前期，灌溉设备采用柴油发电机组为动力电源，不仅运行成本较高，消耗燃油能源，同时在一定程度上对周边环境造成废气污染。2010年，开发清洁能源，采用风力气压自控扬水机为灌溉设备，实行烤烟微喷灌溉。经过4年运行，效果良好，其应用技术可供辽西丘陵地区节水灌溉工程借鉴。

［关键词］风力气压；自控扬水机；微喷灌溉；清洁能源

1 概况

太平乡新邱村位于阜蒙县西北部，与内蒙奈曼旗的南湾子接壤，属牛亡牛河流域。该村种植烤烟20多年，烤烟生产技术日渐成熟，种植规模也不断扩大，烤烟面积占全村耕地总面积的57.1%，全部实行节水灌溉，成为当地经济发展的支柱产业。烤烟生产项目区建设前期，灌溉设备采用柴油发电机组为动力电源，即每座方塘或每眼水源井安装1套灌溉设备，配套1台移动式柴油发电机组，灌溉期间需要有1台农用三轮车运载灌溉设备，灌溉时将发电机组安放在三轮车上，每天灌溉结束后需将灌溉设备全部运回。

缺点：1）柴油发电机组需要消耗柴油和机油，运行成本较高；2）柴油发电机组工作时产生的二氧化碳排放到大气中，在一定程度上造成环境污染；3）频繁装卸运输使用管理不方便，容易造成设备损坏。

项目区位于辽西丘陵地区，地处内蒙古科尔沁沙漠的前沿地带，属于我国“三北”风带之内，该区域风能资源丰富，风速大，风向稳定。开发利用风电作为节水灌溉的动力，对于保护生态环境、改善能源结构、保障社会可持续健康发展具有重要意义。

2010年，在阜新市烟草公司扶持下，该村利用河边方塘为灌溉水源工程，开发烤烟灌溉面积33.3 hm2，采用风力气压自控扬水机进行微喷灌溉。

2 风力扬水机优点

1）节省运行费用。风力气压自控扬水机不用电、不用油，将风能转化为电能，不需要支出燃油费和电费，同时节省了设备装卸、运输所需的人工费和机械台班费，土地节约生产成本为2 548.4 元/hm2，占总生产成本的14.26%。

2）有利于节能和环保。风电作为一种新型可再生的清洁能源，具有不消耗矿物质、不污染环境、建设周期短、建设规模灵活等特点。采用风力气压自控扬水机进行灌溉，每公顷土地节约能耗量折合标准煤0.429 tce，减少二氧化碳排放量0.92 t。

3）运行稳定、管理方便。风力气压自控扬水机作为一个完整的灌溉提水系统，通过风力发电带动扬水机向田间管网供水。整套设备均为固定式安装，仅通过一个开关即可操作，灌溉过程中不需要每天拆装、收回设备，避免设备频繁装卸造成的人为损坏，使用管理更加方便。

3 风力气压扬水机的主要应用技术

3.1 适用范围

1）风力气压自控扬水机是较好的节能灌溉设备，三级风即可工作，适用于水库、河流、方塘、水源井等不同的水源条件。该设备既可以自成体系，也可以与常规的动力机械配合使用（气压泵可以采用柴油发电机组或电机带动工作）。

2）单级风力扬水机适用设计扬程30 m以内，山区、丘陵地区当地势高差大于30 m或距离较远时，可以采用多台风机并联或二级提水，进行梯级开发，低水高扬。

3）设备应安装在风源较好的地方，最好是四周无障碍物，使设备能够四面临风或立于山坡上，或者虽然处在凹处，但形如走廊，风源较好也可以。

4）风力机安装位置应避开高压线路、通信线路、公路铁路、人行道等设施，以保证安全。如果需要在障碍物附近安装，距离障碍物的距离应大于200 m，以使设备达到预期效果。

5）整机工作温度在4℃以上。

6）多台风机并联使用时，两机之间距离应大于1.5 m。

3.2 主要技术参数

阜蒙县太平乡新邱村烤烟节水灌溉工程安装使用的风力扬水机型号为：FS4.4-QZY-L（风力扬水、风轮直径4.4 m、气压自控扬水、流线形设计），主要由风力机、立杆、气压自控扬水机三大部分组成。

单台风机外型尺寸（长×宽×高）4 700mm× 准4 400mm×7 200mm，风力机轮叶片4片，起动风速（2.6～3.0）m/s，工作风速（3.4～10.8）m/s，风机结构质量250 kg。

风力空压泵外型尺寸500mm×670mm×900mm（长×宽×高），工作压力0.6 MPa，排气量（150～600）L/min，空压泵结构质量40 kg。

自控扬水机外型尺寸（长×宽×高）准340mm× 1 350mm×1 475mm，进气口直径准20mm，出水口直径准30mm，扬水机结构质量38.5 kg。

3.3 灌溉系统基本结构

1）提水系统

方塘位于官营子河右岸，烟田项目区位于河道右岸以上的坡耕地内，采用二级提水，第一级从方塘→蓄水池内采用风力气压自控扬水机提水，第二级从蓄水池→田间灌溉管网由农户自备喷灌泵进行烟田微喷灌溉。

在烟田内地势较高位置修建一座容积为100 m3的小型中转蓄水池，蓄水池为浆砌砖结构，池底和池壁进行防渗处理。在方塘内修建一个直径1 m、深1 m的小井，用来安装气压自控扬水机，风力机安装在蓄水池一侧，一方面能够获得较好的风能，同时也便于管理，4台风机并联使用。

在风力机～气压自控扬水机（水源）之间铺设一条导气管，风机工作时利用风能使风叶旋转带动风力机空压泵产生压缩气体，通过导气管将压缩气体输送到远处水源工程中的气压自控扬水机中，进行扬水作业。

在蓄水池～气压自控扬水机（水源）之间铺设一条扬水管，用气压将水送到蓄水池内。扬水管为PE管，外径90mm，压力等级0.6 MPa。

由于风力机位于蓄水池一侧，所以导气管和扬水管共用同一条管路沟，以便减少工程量。管路开挖深1 m、宽0.6 m。

2）田间管网

烤烟株距0.5 m，行距1.0 m。田间布置三级管网，干、支管路和微喷带，灌区实行分组轮灌，灌溉周期10 d。

干管设计流量0.012 m3/s=43.2 m3/h，采用P340塑料管材，管径125mm；支管设计流量0.003 4 m3/s=12.3 m3/h，采用P340塑料管材，管路公称外径90mm；微喷带为PE管材，规格准75×1.0mm，单根长100 m，设计流量100 L/（min·100 m）=0.001 7 m3/s=6.12 m3/h，孔距40mm，入口压力0.09 MPa，喷水宽度6 m，喷水高度1.2 m，每4条垅布置1条。