河東灌區(qū)水輪泵站設計及技術成果

汪 濤，趙書豐，張 有

（1.尚志市水務局，黑龍江尚志 150600;2.尚志市三股流水庫，黑龍江尚志 150600）

河東灌區(qū)位于尚志市東郊，該灌區(qū)是以螞蟻河水為主要水源，以河東水庫為補水灌溉的自流灌區(qū)。設計灌溉面積2 400 hm2，有1 067 hm2水田缺水，特別是泡田期，河東灌區(qū)需要流量5.0 m3/s，而此時渠首流量僅有2.0 m3/s。作為河東補水工程的河東水庫，年末蓄水僅有150萬m3左右，而需水量500萬m3，水量缺口350萬m3左右，而河東水庫總庫容為1 072萬m3，蓄水潛力很大。為解決灌區(qū)水量供需矛盾，必須要增加對河東水庫的補水。

1991年在渠首攔河壩上游建設一座裝機容量150 kW的電力抽水站，運行至今已20多年，機電設備年久失修，磨損嚴重，電器設備嚴重老化，絕緣等級下降，變壓器損耗過大，高壓線路線損大，每年維修費用、運行管理費高達7～8萬元，加上抽水電費合計17萬元。

為了減輕農(nóng)民負擔，經(jīng)過調(diào)查研究和論證，果敢地提出了以建設一處以水能為動力的水輪泵站，代替現(xiàn)有的以電能為動力的抽水站。這一替代可為農(nóng)民減輕抽水電費和維修運行管理費用，同時還大大的提高灌溉保證率。

1 建設水輪泵的可行性和合理性分析

1）水輪泵站是利用非灌溉期和灌溉期的富余水量運行，經(jīng)計算這些不與水田灌溉爭水，棄水量有足夠的能力通過水輪泵向河東水庫補水350萬m3～500萬m3，而保證率不低于P=80%。

2）水輪泵站是利用了河東渠首原有沖砂閘的位置，所以不影響渠首布局。沖砂閘過水能力經(jīng)計算，可以滿足3臺D80-6水輪泵總需水量6.95m3/s，滿足引水要求，原閘保持不變。

3）水輪泵是由水輪機和水泵組成的整體，同軸傳動效率高，結構簡單、維護方便，運行成本極低。

4）建水輪泵站投資少，見效快，補水能力和保證率都優(yōu)于電力抽水站，是值得我省有條件的地方推廣的一項新技術。

2 水輪泵站設計

2.1 水資源分析

本設計根據(jù)尚志市螞蟻河水文站2002～2004年3 a河東渠首螞蟻河徑流年內(nèi)分配（即來水量）和相應時段的河東灌區(qū)灌溉用水量資料進行了分析計算，經(jīng)計算2003年為最小，以2003年計算水輪泵站的工作情況。通過計算，日運行8 h，每年可向河東水庫補水250萬m3，日運行16 h，每年可向河東水庫補水500萬m3。

2.2 水輪泵站工程設計

2.2.1 基本資料

機坑（蝸室）水位188.00 m，尾水位185.50 m（設計），壓力池水位198.38 m，凈揚程10.38 m，工作水頭2.5 m，工作流量2.08 m3/s，設計年補水量350萬m3。

2.2.2 水輪泵選擇

福建省尤溪長波水力機械有限公司提供的D80-6型水輪泵，其工作性能為：水頭2.5 m，流量2.08 m3/s，揚程15 m，出水量0.236 m3/s，出力44.4 kW，轉速376轉/min，效率71%。

經(jīng)計算D80-6水輪泵的安裝高程為5.2 m。

式中：Hs為水輪泵安裝吸出高度;H為工作水頭;▽為安裝地點的海拔高程。

2.2.3 輸水壓力鋼管選擇與布置

輸水壓力管路的支管的起點為各臺水輪泵的出口到進入主管的異徑三通。由90°彎頭、直管、閘閥和異徑三通組成，長3.71 m，內(nèi)徑ND300 mm。主管由泵站至壓力池，由直管、45°彎頭、30°彎頭（2 個）和伸縮節(jié)組成，全長64.5 m，內(nèi)徑ND=600 mm。

2.2.3.1 壓力管路計算

揚水流量：q=0.71 m3/s;

凈揚程：h凈=10.38 m;

總揚程：hmax=15.00 m;

本工程主管徑為D=600 mm，其流速為：

v=q/F=2.51 m/s（鋼管經(jīng)濟流速為2.5～3.5 m/s）符合要求。

管壁厚度δ=100×H設×D/2[]σ×Φ=0.5 mm

式中：Φ為焊接堅固系數(shù)，要求管壁最小厚度≥6 mm，也不得小于所以管壁厚度選擇δ=6 mm。

2.2.3.2 水泵揚程計算

沿程損失：

式中：f為摩擦系數(shù);L為管長度，m;V為管速，m/s。經(jīng)計算H支沿=0.09 m，H主沿=0.53 m。

局部損失：

最大損失合計：Σh=H支沿+H主沿+h支局+h主局=2.54 m

總揚程=凈揚程+損失揚程=12.92 m＜15 m，符合設計要求。

2.2.3.3 導水槽

導水槽上游聯(lián)結沖砂閘海漫段，下游聯(lián)結泵站機坑（蝸室），是泵站引水的控制部分。導水槽共3孔，單孔孔口寬2 m，閘體總寬9.65 m，槽長5 m，前3 m底板高程186.00 m，其中設有攔污柵和鑄鐵閘門各3扇，閘前水位188.10 m，槽中水深2.1 m。在通過設計流量 Q=2.316時，流速為 v=0.55 m/s，小于過柵允許流速0.7～0.8 m/s。控制設備是ZSP系列鑄鐵閘門3扇，螺桿式啟閉機3臺，啟閉機安裝在橫跨導水槽的啟閉機工作橋上。

2.2.3.4 水輪泵機坑

機坑（蝸室）是安裝水輪泵的地方，它的作用是將水流平順地導向水輪泵以推動轉輪旋轉。水輪泵采用立裝并聯(lián)的安裝形式。水輪泵安裝高程Hs=5.2 m，蝸形包角采用β=225°，進口斷面寬0.6 m，當機坑水深2.7 m時，進口斷面b0流速vk=0.9 m/s，符合要求。蝸室各斷面寬度見表1。

表1 蝸室各斷面寬度和覽表 m

機坑水位：188.00 m，水輪泵高1.877 m，水輪泵淹沒深度≥0.7 m，按要求機坑水深≥2.577 m，當機坑坑底高程為185.30 m，機坑水深等于2.7 m＞2.577 m，滿足要求，坑頂高程為188.5 m。

2.2.3.5 尾水管

尾水管的作用是利用轉輪與下游水位之間的靜水頭和最大限度地回收轉輪出口的水流動能。根據(jù)具體情況選擇了肘形尾水管，最大特點是適合于立式安裝，可以減少開挖深度，施工簡單、穩(wěn)定性能好。

[1]武漢水利電力學院.水泵及水泵站[M].北京：水利出版社，1981.