现代农业科技２０１４年第ｌ５期 农业工程学 泵站选型及管道水力计算 刘香忠 （青海水利水电建设工程检测中心有限公司，青海西宁８１００００） 摘要就提水灌溉对泵站选型及水力计算进行探讨，根据地形、地质、水源条件用泵站将水提至高处，利用地形落差形成的压力水头， 进行自压灌溉。具体内容包括：水源确定、管线布置、灌溉方式选择、泵站电气部分要求、灌区规模确定、压力管道管径确定、压力管水锤压 力计算、管径选择与管道水力计算等，从而为泵站工程的设计与实施提供参考。 关键词水利工程；泵站；选型；管道；水力计算；设计 中图分类号ＴＶ１３１．２ 文献标识码Ａ 文章编号１００７—５７３９（２０１４）１５—０２３１—０２ 青海省幅员辽阔。但人均耕地面积不多，经济以农业为 《防洪标准》和《泵站设计规范》的规定，确定该工程建筑物 基础，农田精耕细作，水利是农业以至国民经济的命脉。为 防洪标准。 了改善灌溉条件，减轻洪涝灾害，实施各类灌溉、排涝工程 ２管线布置 对优化水资源配置至关重要。泵站工程设施对农田水利有 ２．１各级管道设置 十分重要的作用．其中泵站选型及管道水力计算又是关键 按项目区地块分布、整地方向等条件，确定灌溉管道系 环节【ｌ－２１。泵站工程是运用泵机组及过流设施传递和转换能 统按干管、支管、分支管３级固定管道和１级移动支管（软 量、实现水体输送，以兴利避害的水利工程。泵站工程设施 管）布置。干管大致沿山脊或山坡布置；支管、分支管均顺坡 是专门的水工建筑物，是提水灌溉（供水）、提水排涝、翻水 垂直等高线布置，双向控制灌溉；沟、穴灌为人工灌溉，考虑 调水工程的主体工程。和其他一般水工建筑物及沟、渠、河 操作要求，移动支管不宜过长，经布置确定每条移动支管长 道、水库（湖泊）共同构成水利系统。但是，泵站工程不同于 ３０～６０ ｍ．固定支管间距１００～１５０ ｍ。支管及分支管每５０ ｍ 其他一般水利工程之处在于：就设备和作业内容方面，泵站 设１个给水拴，矩形组合，控制整个灌溉区。管路系统设各 以水力机械之一的水泵为工作机，以电动机或内燃机为动力 类阀门井、分水井、检查井等。 机，又是动力机械工程、电气工程之一。现就提水灌溉对泵 ２．２各级管道流量计算 站选型及水力计算作一探讨。根据地形、地质、水源条件 因为整个系统出水口同时出流，管网中上一级管道流 用泵站将水提至高处利用地形落差形成的压力水头．进行 量等于下一级各管道流量之和，所以支管各管段设计流量 自压灌溉【 。 按其控制的出水口个数及各出水口设计流量进行推算；同 １水源确定 样，干管的各管段设计流量按其控制数及各支管入口流量 以工程所处河段水位情况，根据实际河道比降，选定 进行推算。 工程所在位置河道比降。 ３灌溉方式选择 １．１设计洪水标准及相应洪水流量 根据项目区地形、地质、水源条件和灌溉要求，规划设 根据规定的防洪标准及设计洪水计算成果．确定工程 计以临近天然河道为水源，用电灌站将水提至生态治理项 所在河段的设计洪水标准和相应的洪峰流量。 目区顶部蓄水池后。利用地形落差形成的压力水头，采用压 １．２河道糙率确定 力管道输水进行自压灌溉，灌水采用软管沟灌方式嘲。 天然河道糙率，利用当地特大洪： 进行的洪痕调查（调 ４泵站电气部分要求 查期确定为１００年），反推该段河段的糙率，因糙率随河段 根据泵站设计需水量、净扬程及水泵产品目录，选用泵 及水位的不同而变化，按照实际情况确定河道天然糙率。防 型号。项目区必须有１０ ｋｖ架空线穿过，可作为基本电源供 洪治理后的河道糙率，按各河床分别取不同的天然糙率值【５１， 给抽水泵站，其输电容量满足工程负荷要求。 堤岸按不同材质的堤防，依据《水力学》中各种材料河槽的 ５灌区规模确定 天然糙率ｎ值表，取无抹灰的混凝土护面ｎ＝０．０１７‘，浆砌 ５．１确定原则 石挡墙ｎ的取值在０．０２５ ０～０．０３２ ５，综合糙率ｎ综，计算公式 灌区工程建设在保证国民经济各部门合理用水的前提 如下： ｎ综＝【（ ｌｎｌ２帆２ｎ２２ ３ｎ￣）／（ｘｌ ２ ３） （１） 下，必须注重生态建设，且在保证技术可行的基础上，做到 因地制宜、经济合理、运行可靠。根据当地自然和社会经济 式（１）中，不同糙率ｎ 、ｎ：、 ，各相应部分的湿润长度为 条件、水土资源特点和林业发展要求，通过技术经济比较， 。、 ：、 计算得出该河段综合糙率ｎ １．３洪水水面线计算 在充分考虑生态建设的前提下，确定适宜的灌溉规模、灌溉 在天然河道糙率确定的基础上．进行河段天然洪水水 面积及灌溉制度。 面线计算，在河道治理后进行设计洪水水面线计算，根据 ５．２灌水周期 根据项目区的实际情况确定，夏季根据干旱情况灌溉， 作者简介 刘香忠（１９７７一），女，青海湟中人。水利工程师，从事水利水 电工程质量检测及管理工作。 全区每年冬、春各灌１次水。全年灌溉３－４次，每次灌水延 收稿日期２０１４—０６—２４ 续天数３０ ｄ，水泵每天间断性工作时间为】０ ｈ。灌溉水有效 ２３】 农业工程学 利用系数０．９５。 ５．３灌溉用水量 现代农业科技２０１４年第１５期 上水压力钢管管壁厚度（ｃｍ）按内水压力所引起的环向 应力计算，因计算中未考虑由于轴向力和法向力所产生的 应力，故将钢材的允许应力按规范的规定值适当降低。故可 按下式计算： （２） 占： ２ ［ｃｒ】 经工程规划布置，根据项目区设计灌溉面积进行计算。 一次灌用水量可按下式求得： ： （９） 田 式（２）中： 为一次灌溉用水量（ｍ３），ｍ为灌水定额，取 ６５ ｍ７６６７ ｍ２，Ａ为设计灌溉面积，一级泵站灌溉兼顾二级站 式（９）中，６为管壁厚度（ｍｍ）， 为水容重，取１．０ｄｍ ，日 为钢管的计算水头（ｍ），包括设计水头和水击增压水头，Ｄ 为钢管内径（ｍ）， 为接缝强度系数，取１．０，［ｃｒ］为钢材的允 许应力，取９５ ５５０ ｋＰａ＝９７５ ｋｇｆ／ｃｍ 。 ７压力管水锤压力计算 取有效面积５６．５３ ｈｍ ，二级站取有效面积２４ ｈｍｚ，竹为灌溉 水有效利用系数．取０．９５ ５．４设计灌溉流量与设计扬程的确定 项目区采用提灌灌溉，灌溉设计流量（ｍ３／ｓ）可以根据设 计灌溉面积、灌水定额、灌水周期和每天工作时间进行计 算。根据公式计算得： ｐ： ３ ６００Ｔｔ￣ 为保证工程安全运行，对工程压力管水锤压力进行计 算是及其必要的。水锤压力按下式计算： Ｐ＝－＂３ＡＨｏ￣ （１０） 一一 （３） 式（１０）中，Ｐ为直接水锤压力（ｋｇｃ＇ｃｍ ）， 为水容重，取 １．０ ｔ／ｍ３△日为压力升高值．ＡＨ＝ａｖｏ ｋｇ／ｃｍｚ，∞为管道断面积 ｇ 式（３）中，Ａ为灌溉面积，一级泵站灌溉兼顾二级泵站 取有效面积５６．５３ ｈｍ ，二级泵站取有效面积２４ ｈｍ２ｏｍ为 最大一次灌水定额，取６５ ｍ３／６６７ ｍ２ ｔ为每天灌溉时间．取 （ｍｚ），ｎ为水锤波的传波速度，ｏ＝一 丝 一（ｎ１／ｓ），Ｋ为水 ＾Ｖ～／１＋ Ｄ Ｅ占 １０ ｈ，Ｔ为次灌水延续天数，取３０ ｄ，ｒ／为灌水利用系数，取 ０．９５。 的弹性模量，取２ ０２９ ＭＰａ，Ｅ为管壁材料的弹性模量，取 ２１０ Ｎ／ｍ２ ６为管壁厚度（ｍｍ），Ｄ为管径（ｍｍ）。计算得直接 水锤压力△日。 ８管径选择和管道水力计算 对灌溉管道来说，在满足流量的情况下，还要考虑管 根据工程规划布置，通过确定泵站进、出水池水位高程 计算净扬程，计入管路输水损失后，确定设计扬程： Ｈ设＝ ｆ净＋ 局 根据公式计算得管道沿程水头损失： 道的经济流速，并充分利用地形落差，减小管径。因此，通 垧 Ｑ （４） 过管道的水力计算确定各级管道的管径。管道沿程损失按 卢０．０００９１５ＬＱ ．７７／Ｄ４． 计算．局部损失按沿程损失的１０％计。 式（４）中， 为管道沿程水头损失（ｍ） 厂为摩擦阻力系 数，取１．７８ｘ１０－３，Ｌ为管道长度（ｍ），Ｄ为管道内径（ｍ），６为 管径指数，取５．１，Ｑ为管道内通过的流量（ｍ３ｌｓ），ｍ为流量 指数，取１．９。局部损失按沿程损失的１０％计。 ６压力管道管径确定 当压力水管的管长和流量一定时，管径越小，水头损失 越大，耗用的电费就大，因此水管直径选择是一个技术经济 根据已建工程的经验，其管径计算采用下式： Ｄ＝（４Ｑ／３．１４ｖ） ／２ （１ １） 式（１１）中，Ｑ为流量（ｍ３／ｓ），Ｄ为管道内径（ｍ），Ｖ为允 许流速，取０．５～２．５（ｍ／ｓ），管道沿程损失按以下公式进行 计算： ｈｆ＝Ｏ．０００９１５ＬＱｌｍ／Ｄ４ ．（１２） 式（１２）中， 为沿程水头损失（ＨＩ），Ｑ为计算管段设计 流量（ｍ３／ｓ），Ｄ为管段水管内径（ｍ），Ｖ为管段内经济流速 （ｍ／ｓ）。根据以上公式计算得干管管径、支管、配水斗管管径 数值。 ９结语 比较的问题，由于经济比较的计算比较繁琐，管径确定采用 经验公式估算吸水管及压力水管的经济直径。吸水管管径 计算公式如下： Ｄ＝（０．９２－０．８０）、／Ｑ （ｍ３／ｓ）。 （５） 式（５）中，Ｄ为吸水管管道经济直径（ｍ），Ｑ为管中流量 压力水管管径计算公式如下： 通过以上简单的计算和分析，一个泵站的型号选择和 水利计算基本完成。 １Ｏ参考文献 当Ｑ＜１２０ ｍ３／ｈ时，Ｄ＝１３Ｘ／Ｑ （６） 当Ｑ＞１２０ｍ３／ｈ时，Ｄ＝１１．ＳＶ￣ （７） ［１］吴建华，王俊武．高扬程泵出口水流动力切断的过渡过程计算［Ｊ】．农 业机械学报，２００４（４）：７０—７３． ［２】李焕新．高扬程抽水泵站出水管道剧烈震动的原因及对策［Ｊ】．现代农 业科技，２０１０（１７）：２５６—２５７． 【３】李演科．浅谈板桥泵站出水管的水锤计算［Ｊ］．陕西水利，２０１２（６）： １２８—１２９． 式（６）、（７）中，Ｄ为压力水管的经济直径（ｍ）；Ｑ为水泵 的设计流量（ｍ３／ｈ）；计算出吸水管管径，压力管道管径。 吸水管管壁厚度（ａｍ）按刚度要求确定：ｒ 占≥旦＋（１ ２） １３０ 【４】张维聚，马果．水泵站过渡过程计算分析及技术研究【Ｊ］．西北水电， （８） ２０１２（Ｓ１）：８－１２． ［５邱锦春，杨文容，刘梅清，等．梯级泵站水道系统过渡过程计算分 ５］析【Ｊ］．中国农村水利水电，２００３（５）：６１—６３． 式（８）中，６为管壁厚度（ｍｍ），Ｄ为钢管内径（ｍ）。计算 得泵站吸水管管壁厚度。 ２３２ 【６】王卫东．原油输送管道工艺计算及校核计算方法的研究【Ｊ】冲国石油 和化工标准与质量。２０１３（２）：２３１．
