农田水利工程中小型泵站设计探讨

姚云霞

农田配套水利工程是影响农业产量的主要因素之一，在整个农田水利工程中，渠首建筑物是非常重要的布置环节，而泵站又是渠首建筑物中最重要的设备，对泵站设计进行改进，对于农业提效增产具有十分明显的作用。建设泵站可以提高灌溉保证率，对于平原地区而言，一些大型灌溉区无法全面覆盖农田，随着农田水利工程配套设施逐渐完善，越来越多的农田水利工程开始建设中小型泵站，以提高灌溉保证率。分析中小型泵站在实际使用过程中存在的不足之处，对中小型泵站进行优化设计，保障农业可持续发展有重要意义。

一、中小型泵站设计常见的问题与解决方法

1.水腐蚀

如果地下水含盐量较大，会对混凝土结构造成一定的腐蚀，水泵运行时间超过3年以上，部分钢筋混凝土结构会发生腐蚀脱落的情况，如果没有对进水管路进行防护会加重腐蚀，从而污染内部水源。因此在进行中小型泵站设计时，必须将水腐蚀对混凝土以及钢结构造成的损坏考虑其中。应对策略有：在混凝土中添加阻锈剂、使用抗硫酸盐水泥等。由于抗硫酸盐水泥价格较高，可将添加阻锈剂的方式作为防腐蚀的主要方式。

2.泥沙磨损

灌溉水大多数都是来自于河流，泥沙含量较高，多年的运行容易对水泵的轴承造成较为严重的磨损从而让水泵出现抖动，长此以往会造成水泵的损坏。因此，在进行设计时可通过增加清水润滑系统和设置水箱的方式减少泥沙对水泵轴承的磨损。

3.高程安全余量

泵站建成后一些泵站可能会出现无法取水的情况，经过检查后发现，水泵在设计高程时没有对安全余量进行合理设置。水泵产品质量存在差异，在实际的计算过程中，设计人员只通过水泵的样本对其进行计算，存在虚标情况。因此在进行水泵高程安装时适当增加安全余量，保证泵站的安全运行，从而提高灌溉保证率。

4.管路安装

农田水利工程水泵设计过程中，要与实际的工程概况相结合，水管路法兰设置要保证离地面10cm 以上。

二、中小型泵站设计要点分析

1.设计原则

中小型泵站在设计时，设计流量小于10m3/s，装机功率小于1MW，在农田水利工程中，流量参数决定了泵站的建设规模。如图1所示。

在农田水利工程中，需要根据扬程确定水泵的类型，根据流量大小确定水泵的具体数量，根据确定的流量大小和扬程对水泵厂家的样本进行检查，最终确定其设计类型。在具体的应用过程中，轴流泵、混流泵和离心泵所选择的泵室存在一定的差别，轴流泵一般选择湿式泵室，混流式和离心泵选择干式泵室。根据泵型合理选择泵室，可以减少工程投资，降低泵站的设计成本。干式泵房相比湿式泵房更节约成本，所以大多数情况下会选择干式泵房进行设计，而湿式泵房的潜水轴流泵检修方便。因此，在选择泵房型式时，应该综合考虑工程的实际运行情况，合理选择泵房型式。

图1 泵站设计模型图

2.设计要点

（1）水泵选型

扬程小于10m 时选择轴流泵；扬程在10～15m 时选择混流泵；大于15m时选择离心泵。流量小于1m3/s 时选择2 台水泵；大于1m3/s 时选择4 台水泵。水泵样本中，有3 组流量铅程会对应一个叶片角度与电机功率，因此在进行设计时，流量扬程会与其中一组流量铅程数据发生对应，以保证流量处于高效工作的范围内。同时还要注意水泵的性能，检测水位扬程是否满足泵站的设计要求，保证水泵效率的同时也要尽量选择低转速的水泵类型。

（2）泵室设计

根据泵型选择泵室，在中小型泵站设计中，干式泵室埋深小于3m，湿式小于7m。湿式泵室设计要注意水源的取水位是否最低，根据水泵样本确定水泵高程和水泵中心离正墙距离。满足各个距离的要求下对泵室尺寸进行设计，水下容量要满足水泵的设计流量。中小型湿式泵室的埋深较深，需要满足验算地基承载力的相关要求，并注意桩基本身的结构强度；设计干式泵室时，要将泵室底板设置的大于渠道水位以及防洪水位。设置自流管进行排水，避免泵室中有大量积水，如果泵室的底板没有达到设计要求，需要采用混凝土在泵室集水坑中设置排水泵。在安装高程时，需要根据气蚀余量确定水头损失，泵室的宽度需要满足水泵及阀件的设计要求。

设计中小型泵站时，如果水泵无法与周围的管路进行布置，需要增加管路的距离，并满足检修的要求。在泵室中设置泵房，泵室与泵房的尺寸要相互对应。

3.管路设计

湿式泵房采用进出水池，并且出水管路较短。根据泵站的位置将进水池分成两种形式，紧靠水源和远离水源。当紧靠水源时，进水池可以设置为八字墙；远离水源时，设置为钢筋混凝土挡墙。坡底按照1 ∶4 进行设计，扩散角大于40°，尽量缩短水池长度，节约成本；干式泵房中，水泵安装高程要高于启泵水位，通过增加抽真空设备以满足设计要求。将排气阀设置在离心泵之后，并注意排气阀的安装位置，不能将排气阀放在闸阀的上方。不能在离心泵之前设置排气阀，避免因安装错误而造成水泵损坏。将离心泵的进水管道流速设置为10～15m/s，流速过大将会加速进水管道的损失，流速过小会增加管路的工作量。在设计进水管路时，可以设置下沉式进水池，将进水管路设置在进水池中，以保证其持久性。

三、中小型泵站的布置型式

1.进水池和出水池并列布置型式

进水池和出水池并列设置过程中，要保证进水池和出水池的底板高程一致，并使用墩墙将进水池和出水池隔离开，水泵出水管要穿过隔墙，从河道另一侧的进水池将水抽入到出水池中，通过设置进水池和出水池的闸门，对泵站运行进行控制，保证水流的转角弯度。进水池和出水池并列布置型式开挖量小、结构简单，在站房和配电间的位置设置底板以避免发生沉降。但是该种布置型式对河道的要求较高，需要满足进出水池的设置要求。并且，泵站在实际运行中进水池和出水池会形成漩涡，影响泵站的整体性。采用拍门断流的方式，适合河道宽度较大的工程。主要以排涝为主，排涝净扬程设置为1.7m，流量1.3m3/s，电机功率设置为70kW。

2.双向“X”型流道布置型式

双向“X”型流道布置型式主要应用在大型泵站的设置中，将泵站的进出水流进行分段，出水流道层位于进水流道层的上方，水流是从进水流道中进入到上层的出水流道，通过闸门对泵站进行控制。双向“X”型流道布置型式对河道的宽度没有较大要求，通过配置出水导叶对水泵出水进行设置，并不需要设置出水管道，具有较高的水流条件。但是双向“X”型流道布置型式泵站的底板较低，有较大的开挖量，并且为了满足泵站的运行条件，泵站顺水流向需要布置一些必要的设备，比如拦污栅或者闸门等，泵站顺水流向的长度较长，采用混凝土流道进行出水，因此一般会选择使用水泵断流方式。对于中小型泵站设计而言，采用铸铁闸门的方式作为泵站的断流方式更为合适，但是这种方式的断流时间较长， 为了避免水泵发生倒转的情况，需要在水泵的叶轮轮毂处设置螺母，防止叶轮发生反转。

3.水泵出水双向岔形管型式

水泵出水双向岔形管型式与双向“X”型流道的布置方式有些雷同，进水布置相同，出水方式存在一定的区别，该种型式采用的出水方式是将金属出水管伸到出水胸墙之外，通过水泵从进水流道流向出水河道，将该种方式布置在进水池的闸门，可以实现对泵站的控制。该种型式采用出水管道与渠道相连的方式，出水管道流速较大会造成一定的损失，可以使用阀门代替闸门对其进行控制，比较适用于小型泵站。

四、结语

农田水利工程中小型泵站在进行设计的过程中需要注意很多问题，本文对泵站实际使用过程中存在的水腐蚀问题、泥沙磨损问题、高程的安全余量问题以及水泵管路安装等问题进行了讨论，设计人员在对中小型泵站进行设计时，要严格按照相关规定进行设计，根据泵站的具体情况以及现场条件，对技术经济进行综合考虑后，选择合适的布置型式，从而保证泵站建设完成后能够得到高效稳定的运行，以促进农业的快速发展■