摘要：本文设计小型灌溉泵站焦村泵站，经过三、四十多年运行后，出现出水钢管锈蚀、漏水严重，引水渠淤积等问题，泵站实际出水能力仅为原设计流量的60%，通过项目设计实施，解决了项目内农田灌溉工程性缺水问题，提高了用水保证率，节约了水资源，增加粮、果及经济作物的产量。为同类工程设计提供参考。
关键词：小型灌溉泵站；改造设计；
1.工程概况
三原县2017年新增粮食生产能力小型灌溉泵站焦村泵站，控制灌溉面积为2000亩。焦村泵站水源为焦村塘坝，位于赵氏河一级支沟，塘坝下游即为红星水库。焦村塘坝及泵站建设于1973年，1990年对水泵进行了更换，更换后水泵已运行近30年；2010年利用农发资金将灌区渠道灌溉改造为UPVC低压管道灌溉，但由于资金有限，灌区未能全部改造为低压管道灌溉。现状机组及上水管线等老化失修、漏水严重，严重影响泵站的正常运行。本次对泵站、上水管线、配电房及管理房进行改造，对田间管网进行补充完善。
2.泵站改造设计
1、泵站总体布局
原泵站分为三级，一级为塘坝内移动泵站，二、三级为固定泵站，由于级数多，动力损耗大，水量损失大，不便管理。加之年久失修，机组老化，泵站处于“凑合”运行状态。本次改造在塘坝上游约21m处修建一座大口井前池，采用潜水泵一级抽水至原三级站出水处，接原灌溉管网。将变电站向一级站方向移动158m修建配电室，同时紧靠配电室修建抽水站控制室，运行管理工程中避免右岸约100m陡坡段的不安全现象发生。
2、泵站设计
（1）泵站设计流量的确定
泵站设计流量采用以下公式计算：
式中：D——管道内径，mm；
Q——设计流量，m3/s，取160/3600 m3/s；
V——管内流速，m/s，取1.5 m/s。
泵站抽水流量为160.0m3/h，经计算得：D=194mm，钢管选取φ219×6mm，UPVC管选取φ225×9.8mm、1.0MPa。
对上水钢管及钢配件内防腐采用IPN8710-2B引水涂料，外防腐采用三布四油防腐处理。UPVC管上水管道采用地埋式，钢管根据实际情况采用地埋或者架空。
（3）灌溉管网管材、管径的选择
灌溉管网管材根据机井灌溉管网管材选择情况，选为UPVC管材。
总干管设计流量同抽水站设计流量160 m3/h，干管设计流量确定为80 m3/h，支管流量确定为40 m3/h，每条支管每次开出水桩1个，每条干管每次开支管两条，
（4）泵站设计扬程的确定
根据工程实际情况，泵站上水管道至桩号0+433处接UPVC灌溉管网。由《泵站设计规范》（GB/J5026-97）从塘坝取水时灌溉泵站进水池各特征水位取塘坝相应容积时水位及灌溉管网出水池水位可确定出各个特征水位及特征扬程。
抽水前池最低水面高程为513.844m, 抽水前池最高水面高程为519.96m；上水管道进口至灌溉管网进口处管线长度为433m，灌溉管网进口处管底高程为577.0m；总干管长度97m，分总干管50m，1#干管最不利支管末端出水桩地面高程为570.2m，干管长度为225m，最不利支管长为100m；2#干管最不利支管末端地面高程为568.0m，干管长度为1560m，最不利支管长为200m；3#干管末端地面高程为569.0m，干管长度为343m，最不利支管长为445m。
水泵设计总扬程=设计高差+上水管路水头损失+灌溉管网工作水头
①设计高差=灌溉管网进口处管道高程-特征水面高程
最大设计高差=577.0-513.844=63.156（m）
最小设计高差=577.0-519.96=57.04 （m）
②上水管路水头损失h损=上水管路沿程水头损失hf+上水局部水头损失hj
hf=f×L×Qm/Db
f—摩擦阻力系数，钢管取f=6.25×105，UPVC管f=1.05×0.948×105；
L—管道长度；
D—管道内径，mm；并管前采用DN125，并管后采用DN200。
Q—管道流量，单管流量80m³/h，并管流量160m³/h。
m——流量系数，钢管取为1.9，塑料管取为1.77；
b——管径指数，钢管取为5.1，塑料管取为4.77。
计算得hf=0.47+2.53+2.24=5.24m。
局部水头损失hj
V—管道平均流速，
也可大致认为局部水头损失约等于0.1倍的沿程水头损失。计算结果Hj=0.524m。
经计算，h损=5.76（m）。
③灌溉管网工作水头=某干支管出水桩地面高程+0.4-灌溉管网进口处管道高程+某干支管道水头损失+出水桩工作水头
出水桩工作水头确定为3m。
经计算，1#干管管网的最大工作水头为0.891m, 2#干管管网的最大工作水头为11.872m, 3#干管管网的最大工作水头为8.412m。
根据计算结果和灌溉管网的平面布置，以2#干管管网和3#干管管网的最大工作水头之和的平均值，作为灌溉管网的设计工作水头，确定为10.1m。
④水泵设计总扬程
经计算得，最大设计总扬程1=63.156+5.76+10.1=79.016（m）
最小设计总扬程2=57.04+5.76+10.1=72.9（m）
设计总扬程按（79.016+72.9）/2=75.96m选择水泵型号。
（5）泵型的选择
机组选型原则
①优先选择抗腐蚀性能良好的泵型；
②主泵选型应从泵型、效率、台数、流量、运行条件、总装机、泵站总投资等因素并综合考虑焦村泵站近几年用水实际情况，合理选用；
③泵站的设计流量与灌溉供水需求的设计流量相差5%左右；
④水泵必须运行在高效区，且装置效率及单耗满足规定要求。
（6）泵站建筑物
①前池
根据焦村塘坝的实际情况，本次在塘坝上游库内修建泵站的抽水前池，设计前池采用砼大口井，容积为43.5m3，尺寸为外径×壁厚×深度=3.8m×0.4m×10.7m。抽水站泵房布置在大口井顶部，塘坝水直接流入前池，前池为圆形挖孔井，塘坝顶部以下部分成员沉井法施工，沉井为C30钢筋砼，壁厚40㎝。为了防止污物进入，在前池进口加设活动钢筋网拦污栅。
②泵房
在抽水站前池顶部修建圆形泵房，面积为11.4㎡，净空高度3.5m，采用砖混结构。
③镇墩、支墩设计
根据设计的最大压力水头和管道布置方案，在管道转弯部位共设置镇墩3个。为适应管道水锤及温度变化而使砼开裂丧失整体性，镇墩采用钢筋C20砼结构，支墩全部采用C20砼结构。
④输水弯管设计
出水管道的转弯角宜不小于60度，转弯半径以大于2倍管径。为了减少输水管道的局部水力损失，弯管的设计尽量避免采用折线转弯，本次对弯度较小的转弯采用弧线弯管平滑转弯。对较大弯度采用弯管连接，弯管加工采用弯管机制作，接口法兰采用人工焊接或者电热熔法焊接。
⑤管沟断面结构形式及管道埋设
UPVC上水管道全部采用地埋方式敷设，钢管采取地面还是明管根据实际情况确定。管道埋深设计应考虑冻深影响和土地耕植要求，本次上水管道埋深按不低于0.8m考虑。管道纵断面设计的原则是管顶放置于冻土层以下，当地冻土层厚为0.45m，本工程设计管顶覆土厚度不小于0.80m来控制管中心高程。另外，对于局部管段因地形条件限制，覆土厚度可加大。
根据管道外径初步确定管床底宽，考虑到施工安装要求，管床底宽按外径+0.5m考虑。开挖临时边坡时，土基坡比为1∶0.3，岩石可直立开挖，管沟底宽均不小于0.8m。
管沟回填土要求：土基管沟回填，要求分层夯实，基底至管顶以上0.5m范围内压实系数不小于0.85，管顶0.5m以上至原地面，回填土要求压实系数不小于0.92。
3、电气设计
（1）电压等级及电气主接线选择
泵站安装专用变压器一台，变压器高压侧通过跌落式熔断器及户外断路器与10kV专线连接，低压侧采用低压电力电缆，引至配电柜及启动柜，再经低压电力电缆向水泵机组供电，机端电压为380V。照明等生活用电不再单设变压器，可由泵站配电柜直接引至照明配电箱。
（2）主要电气设备选择
1）变压器的选择
变压器额定容量计算公式
经计算，主变容量为89kVA，选主变压器为S11-100/10/0.4。
2）跌落式熔断器及避雷器
变压器10kV侧设置一组GW9-10kV/400高压隔离开关和ZW32-12(G)/T400-12.5高压真空断路器，隔离开关用于变压器和真空断路器的检修停电，真空断路器用于变压器的保护和带负荷操作，再装一组YH5WS-12.7/45复合氧化锌避雷器，用于变压器的防雷保护。
3）配电柜及启动柜选择
变压器低压侧的配电柜采用GGD1-1A型配电柜。泵站30kW电动机启动采用自耦减压启动方式，配XJ01-30型启动柜1面。配电柜至启动柜采用低压电力铜电缆，型号选用YJV-1kV-3*16㎜。
4）照明配电箱
照明配电箱采用PZ30-10型。
（3）其他电气设备的选择及布置
A、户内电气设备布置
泵站设置低压配电柜，照明配电箱由低压配电柜中引线，照明配电箱布置在控制室门口，以便操作，控制方便。
B、户外变电站布置
泵站10KV变电站采用户外杆架布置型式，高压侧进线采用规格为LGJ-25/4的钢芯铝绞线,长度3×100m，低压侧进线采用60m长的JKYJ3×70㎜的低压架空铜电缆。变电站布置于配电室西墙外。
（4）保护、控制及测量
A、电气保护
各供馈电回路均装设自动空气开关、熔断器作为过电流、短路保护，电动机回路还装设热继电器保护电动机过负荷。
变压器高压侧用户外真空断路器保护。
B、电气测量
设三相电压表、三相电流表分别监测低压侧电压、电流；装设三相电度表在低压侧计量电费。
C、低压侧设备防雷及接地
低压侧设备防雷采用HY1.5WS-0.5/2.6型低压型复合氧化锌避雷器，接地采用50㎜*4㎜的扁铁与厂房混凝土的钢筋相连，插入地面以下4米。
（5）电动机控制及运行方式
水泵电动机均采用手动控制，水泵运行方式为两台机组同时运行，不设备用机组。
4、配电室及管理房设计
在管路桩号0+137处右侧处平坦处，修建配电室及管理房，配电室及管理房面积为5.24×6.84=35.84㎡，净空高度3.5m，砖混结构。
3.结论
本文通过对小型灌溉泵站改造工程设计过程计算和分析，使泵站改造工程达到经济运行、高效节水的目的，体现小型灌溉泵站改造的意义，为同类小型灌溉泵站改造设计提供参考。
论文作者:张晓曼
论文发表刊物:《建筑实践》2019年11期
论文发表时间:2019/10/30
标签：泵站论文; 管网论文; 水头论文; 管道论文; 塘坝论文; 高程论文; 低压论文; 《建筑实践》2019年11期论文;