农业水利工程中高扬程提水泵站节能降耗技术研究

刘振兴

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730400）

一般情况下，灌溉水源相对匮乏的地区，多是高扬程提水灌区，泵站装置利用不可避免地会存在一定能源过消耗现象，运行效率较低，不仅影响当地原始生态环境，也不利于提升当地农业种植人员收入。水资源匮乏，自然生态环境的承载能力必然较差，因此，加强农业水利节水灌溉工程建设与优化势在必行。笔者针对甘肃省景泰川电力提灌工程灌区的高扬程提水泵站高耗能问题进行深入分析，明确落实高扬程提水泵站“节能降耗”工程目标，从节能降耗技术应用与优化方面展开详细叙述。

1 高扬程提水泵站耗能较大的原因分析

为切实分析好农业水利工程中高扬程提水泵站能耗较大的主要原因，笔者以甘肃省景泰川电力提灌工程为例，结合其具体工程条件，由浅入深、由点到面地厘清该项目高扬程提水泵站耗能较大的原因所在，为其他农业水利工程项目建设提供参考。甘肃省景泰川电力提灌工程（以下简称景电工程）是一个流量大、跨省区、存在多梯级的大型提灌工程。一期工程开工于1969 年，设计提水流量10.6 m3/s，泵站13 座，总扬程约470 m。工程建成后，极大地改善了当地的农业生产条件。但是，长时间使用所导致的高扬程提水泵站设备磨损、老化、腐蚀等问题，无形中也增加了高扬程提水泵站的事故风险[1]。因此，在对该工程高扬程提水泵站进行节能降耗改造之前，笔者先分析该农业水利工程高扬程提水泵站耗能较高的主要原因。

1.1 规定扬程高于实际

景电工程建设时间早，实际上的灌区高扬程提水泵站建设与运行受到当时的技术水平与客观条件制约，导致可应用水泵型号不全与水泵种类不全等现实问题。进行农业灌区高扬程提水灌溉工作时，经常没有适宜的水泵型号可供选择，也无法根据水泵设备平均扬程选择合适水泵，为确保农业灌区灌溉效率而直接采用最大扬程，导致灌溉过程过度耗能[2]。例如，在对农业灌区进行提水灌溉工作时，一部分支杆泵站的水泵型号选择HS900-800-115，其额定扬程为80.4 m，实际上该水泵却常年在60 m~70 m 扬程范围内运行使用。如此一来，水泵的额定扬程远大于实际扬程，造成泵站过度耗能。

1.2 配套设施不够完善

景电工程灌区受到当时高扬程提水泵站建设的条件影响，无法选用合适的农田灌溉水泵，从而采用功率相对较大的动力机，使该农业水利工程高扬程提水泵使用存在一定的“大马拉小车”现象。仔细分析后发现，造成此类情况出现的其中一个原因同其他农业水利工程一样，即高扬程提水泵站部分设备组合不合理，是临时拼装投入运用。如此，高扬程提水泵站设备组件相互不配套，自然影响了其农田实际灌溉效率，不仅增加了泵站能源消耗，也不利于农业灌区生产力的提高[3]。例如，工程人员未能选择与农田灌溉需求相匹配的水泵机型，动力机选择与实际不符；采用保守的备用系数，动力机实际运行效率不高却功率极大，所造成的能源消耗完全无法与灌区实际灌溉需求匹配。最终，动力机能源消耗低效转换，长此以往，引发严峻的农业水利工程高扬程泵站耗能问题。

1.3 设备存在磨损腐蚀

在农业水利工程高扬程提水泵站建设过程中，泵站作业常会因为大流量的直接作用而持续不断地对泵站水泵造成内部冲击[4]。再加上农业灌区灌溉用水常含大量杂物，若杂物一直与水泵发生碰撞，时间一久，便会导致水泵受到不同程度的磨损，进而影响农业水利工程水泵设施的实际运行。若是维护人员无法及时地对灌区水泵进行维修保养，不但会导致之后的农田灌区高扬程提水灌溉工作泵站耗能大、效率低，甚至还有可能隐性影响农田作物的实际产量，导致低效的作物灌溉问题发生。以甘肃省景泰川电力提灌工程在农田灌区灌溉的实际运作情况为例，该工程泵站设备不仅存在磨损问题，还表现出明显的老化、腐蚀现象[5]。例如，管道有明显的生锈痕迹，经过长时间的泥沙沉积，水泵出口密封圈遭到肉眼可见的腐蚀，水泵密封性能受到冲击，水泵设备内形成坑槽，流水阻力变大。若不重视上述情况，泵站设备耗能问题会愈发严重，当造成不可挽回的后果时，将直接拔高农业水利工程泵站设备维修成本，造成不必要的经济损失，不利于农业产业综合发展。

1.4 机组流量不匹配

在农业水利高扬程提水灌溉工程中，泵站所使用的机组多是按照当地的水资源情况以及实际灌溉需求来确定的。所以，明确甘肃当地农作物主要是小麦、玉米等，便可以通过上述农作物生长所需的实际水量与灌溉特点等，确定相应的大流量机组。例如，小麦灌溉需水量大，具有明显的季节特征，灌溉次数无需太多，单次灌溉充足即可。但随着时间推移，甘肃部分灌区农作物结构发生变化，经济型农作物种类逐渐增多，传统的泵站大流量机组不再能满足各类灌区农作物的实际灌溉需求，导致该工程高扬程提水泵站运行能耗增加[6]。例如，景电一期工程水泵机组对灌区内农作物进行提水灌溉时，根据需要，应尽可能采用小流量机组完成灌溉工作，但主干机组则依然沿用较大流量泵站机组，对灌区内需水量较少的农作物进行少量多次灌溉。这样一来，每次灌溉都会由于主干泵流量较大引发一定的高耗能问题。久而久之，十分不利于灌区农作物健康生长，严重影响农业产量。

2 高扬程提水泵站节能降耗的方法与路径

结合前文分析可知，在农业水利工程建设中重视高扬程提水泵站节能降耗，一方面能影响农业生产效率，另一方面能提高农业种植人员收入水平，减少烦琐的农作物种植环节与种植工作量，满足农作物生长灌溉需求。因此，以“可持续发展观”为指引，以“绿色、环保”为原则，以“创新实践”为核心，笔者将重点分析景电工程灌区高扬程提水泵站节能降耗技术的优化运用，提高农业生产质量与效率，促进甘肃地区农业现代化发展[7]。

2.1 提高泵站动力机运行效率

要想提高景电工程灌区高扬程提水泵站运行效率，科学实现“节能降耗”，首先需要工作人员合理提升泵站动力机运行效率[8]。在景电工程中，动力机的主要形式为电动机站，需要借助电动机运行效率的提升来增强节能降耗效果。所以，除了需要优化灌区泵站设计制造方案外，还应从以下几方面合力改进：1）结合灌区灌溉需要，对工程泵站机组进行优化，不再一味沿用保守备用系数，对备用系数进行合理调改，改善灌区电动机站实际运行负荷，使电动机运行效率得以提升。这样不仅可以避免必须运用大功率电动机带动小流量机组的问题发生，也可以科学延长农业水利工程实际使用寿命。具体而言，泵站机组配套设施的备用系数不宜过大，电动机效率曲线应确保在1.0~1.7 之间，机组配套设施效率系数在0.8 为宜，工程泵站电动机运行效率保持0.8 左右。2）优化电动机实际转速。在不降低动力机传动效率的基础上，为最大程度确保灌区作物灌溉需水量，电动机采用绕组接线方法，由“△”法改为“Y”法，提高电动机的自然功率因数，使泵站运行节能降耗，作物灌溉合理不浪费。

2.2 提高水泵运行实际效率

根据灌区农作物灌溉需要、景电工程当地水质条件和生态环境等，工作人员除了应该根据灌区作物提水灌溉需求，设计并选择符合具体灌溉需要的水泵型号，还应对水泵管路运行效率进行改进优化。具体而言：1）重视泵站水泵优化改进工作，以解决叶片流道断面突变问题以及二次回流问题为导向，对水泵的叶片、导叶、进水室、出水室等完成优化，科学减少水力损失[9]。2）在实际选择配套设施时，按照水泵性能曲线以及合理的管道系统曲线，计算农田水利灌溉平均扬程、灌区灌溉最大扬程功率参数等，保证每一次景电提灌工程高扬程提水泵站的水泵投入使用时，都可以在最大扬程运行范围，避免不必要的电力浪费，保证作物灌溉过程稳定、可靠，无耗能波动。需要注意的是，针对景电提灌工程中已不能再满足作物灌溉需求的水泵，工作人员需以工作重点转移为第一准则，通过改变其性能曲线，从而达成灌溉使用过程节能降耗的目的。3）制定水泵日常维修管理制度，确保设备维修保养落到实处。例如，提高对叶轮、轴承维修的重视程度，要求维修人员按规记录[10]。

2.3 优化管路设计

对甘肃景电提灌工程中的高扬程提水泵站水泵管道进行优化，提高管道实际运行效率，也可以有效实现节能降耗。具体而言：1）计算好相关数据，确定灌区适合的水泵管径。即在合理增加管径的条件下，减少管道内的流水阻力，改变原本的高电耗问题，使水泵运行成本大大降低。例如，确定好灌区适宜的提水灌溉方案后，工作人员应对水泵流量、流速进行科学控制，使流速在1.5 m/s~3.0 m/s 的范围内，并优化应用玻璃夹砂管。2）对该工程高扬程提水泵站水泵的管道长度进行改造[11-12]。通常情况下，水泵管道越长，管道运用起来的实际效率越低，产生的能耗越高。所以，在找到提灌设计规划的平衡点后，工作人员应尽可能控制好管道长度，降低管道投资成本，实现电力能源的高效利用。例如，无论是进水管还是出水管，都尽可能减少使用弯头，缩短长度。

2.4 提高进出水池的运用效率

注重景电工程灌区高扬程提水泵站节能降耗，终极目的是提高农业生产力，在农业行业发展与经济现代化建设方面发挥积极作用[13-14]。所以，在景电提灌工程灌区灌溉效率提升的过程中，与高扬程泵站建设相关的进出水池建设与优化管理也需得到一定关注。具体而言：1）对景电提灌工程当前阶段的高扬程提水泵站中相对不合理的，或者说未能发挥出最大运行效率的进出水池进行优化。对进出水池尺寸、深度、形状等方面进行细化改造。即根据已发现的水池内漩涡情况、回流情况、脱壁情况等，改善进出水池电能利用率。2）加强灌区日常的进出水池维护管理工作，管理人员按时按规清理水池内杂物，减少灌区灌溉的电力消耗。3）对水泵淹没深度进行优化。灌区灌溉水源发生变化，进出水池的泵站水泵吸入管会由于实际淹没深度不同而导致运行效率不同。为避免漩涡情况发生，工作人员可以对吸入管最小淹没深度进行合理调改。

3 结语

综上所述，本文以“农业水利工程中的高扬程提水泵站节能降耗”为主题展开研究。通过对甘肃省景泰川电力提灌工程高扬程提水泵站进行针对性的节能改造，结合具体的农业水利工程，细化分析当前阶段农业水利工程中高扬程提水泵站的耗能原因，而后厘清高扬程提水泵站节能降耗改造思路与技术应用，是助力农业产业稳健发展，使农业现代化大幅进步的关键一环，能够为甘肃地区农业生产发展带来益处。