（一）设计任务

1.设计目的

熟悉灌溉泵站的规划、布置和设计要点，懂得灌溉泵站的设计工艺，加深对课堂知识的理解，培养学生进行工程设计、设备选型、技术改造及科学研究等方面的工作能力。

2.设计参数及有关资料

（1）基本情况。某灌区地势较高，历年旱情比较严重，粮食产量低。根据规划，拟从附近的湖中提水灌溉该区的6.7万亩农田，使之达到高产、稳产的目的。

机电提水灌区内主要作物有小麦、玉米、谷子和棉花等。灌区缺少灌溉制度，现参考附近老灌区的灌水经验，制定出本灌区灌溉保证率为75%的灌溉制度。其设计毛灌水率见表2-3-3。

表2-3-3　设计年内毛灌水率

另外，提供有1/500的站址地形图（从略）。

（2）地质及水文地质资料。根据可能选择的站址，布置6个钻孔。由地质柱状图 （从略）明显地看出，3m以内表土主要是黏壤土，经土工试验，得到的有关物理指标为黏壤土的内摩擦角为φ=35°，承载力为200kN/m2。

站址附近的地下水位多年平均在307.2m左右（黄海高程）。

（3）气象资料。该区夏季多年平均旬最高气温为34℃，春、秋季干旱少雨，多年平均年降雨量为524mm，降雨年内分配极不均匀，每年7、8、9月的降雨量占全年降雨量的80%以上。年平均无霜期200d左右，多年平均最低气温为-8℃，最大冻土深度为0.44m。平均年地面温度为15℃，平均年日照时数为2600.4h。累积年平均辐射总量为527.41kJ/cm，平均日照百分率为59%。热量和积温都比较丰富，能满足一年两熟作物生长的需要。

（4）水源。该灌区西北有一湖泊，是规划灌区的提水水源，其水量充沛。灌溉保证率为75%时的湖泊月平均水位见表2-3-4。

表2-3-4　湖泊月平均水位（保证率75%）

灌溉保证率为90%时，灌溉期间旬平均最低水位为308.8m。5年一遇的旬平均最高水位达312.5m，夏季多年旬平均最高水温为23℃。

（5）根据规划，为保证提水后自流灌溉，出水池水位均不应低于327m。

（6）站址附近有6.3kV高压电力线通过，已经有关部门批准，可供泵站使用。

（7）该地区劳力资源充足，交通方便，除水泥、金属材料以及泵站建设中所需的特殊材料外，当地可提供砖、石、砂、瓦、木材等建筑用材。

（8）根据机电设备的运行特性，每天按20h运行设计。

（二）设计内容及成果要求

要求学生独立完成灌溉泵站设计中初步设计阶段的部分内容，提交的成果包括设计说明书和设计图纸。

1.设计说明书包括的内容

（1）概述建站目的、设计任务、资料分析、设计所依据的规范和标准。

（2）机电设备选择的依据和计算。

（3）泵站各建筑物的形式、结构选择的依据、计算结果及其草图。

（4）泵房尺寸拟订的依据和设备布置的说明。

（5）验证机组选择的合理性，并说明其在使用中应注意的问题。

（6）必要的附图、附表、参考文献。

（7）结束语，包括对泵站设计的评价、收获和存在的问题，改进意见等。

2.设计图纸包括的内容

（1）枢纽平面布置图（在1/500地形图上绘出）。

（2）泵房平面图，泵房纵、横剖面图。

（三）设计步骤及思路

1.熟悉资料

对所建泵站基本情况要做到心中有数，并对资料进行科学分析。

2.枢纽布置

按照经济、合理的原则，在已给地形图上选择站址，布置泵站枢纽建筑物，同时根据地形图，绘出泵站所在位置的总断面图。

关于进出水池的方向：一般来说正向进水、正向出水水流条件好，泵站应尽量靠近出水池，压力水管垂直等高线，尽量缩短管路长度，出水池宜建在半挖半填处，且与干沟平顺连接，以节省投资，保证安全，减少管路损失，减少运行费。

3.设计流量的确定

为了便于选择同型号的水泵，按以下原则将灌水率图修正成等阶梯形状，具体如下。

（1）灌水日期的移动或者灌水时间的变动，不应影响作物的正常需水（变动天数不超过2～3d）。

（2）各次灌水的灌水率值不应相差太大（最小灌水率不应小于最大值的40%），以使渠道流量比较平稳，泵站机组利用率较高。

（3）修正后的灌水率要适应我国目前的管理水平，对旱作灌区，一般的灌水率在20～35L/ （s·千亩）之间。

（4）按照每天开机小时数，将修正后的毛灌水率换算成机灌灌水率，绘制机灌灌水率图。公式为

式中 q设——修正后的设计毛灌水率，L/ （s·千亩）；

t机——机组每天开机的小时数，h。

（5）取灌水率图中最大的灌水率来确定泵站的设计流量，其计算公式为

式中 qmax机——修正后的最大灌水率，L/ （s·千亩）；

ω——灌区设计灌溉面积，千亩。(www.daowen.com)

4.确定水泵的设计扬程

（1）计算平均实际扬程，公式为

式中 H实i——相应时段ti时的出水池水位与进水池水位之差，m；

Qi——相应时段ti时的泵站供水流量，L/s；

ti——不同灌溉时段的泵站工作天数，d。

（2）确定水泵的设计扬程（水位的确定，参考《泵站设计规范》），公式为

式中 Δh损——管路沿程和局部水头损失，m；

k——管路水头损失占平均实际扬程的百分比，其值可按表2-3-5初定。

表2-3-5　k值选择表

注 扬程低或直径小者用大值，反之用小值。

5.机组选型

（1）水泵选型应遵循以下原则：

1）在设计扬程下，能满足设计流量的要求。

2）当实际扬程变化时，水泵能在高效区内工作。

3）在能够适应灌溉流量变化的前提下，尽量选用较大的水泵，以减少台数，节省基建、维修费用。另外大泵的效率较高。

4）在一个泵站中，尽可能选用同型号的水泵。

5）如进水池的水位变化幅度较小时，优先选用卧式机组。

6）在满足流量和扬程的前提下，尽量选用吸水性能好的水泵。

（2）水泵选型遵循以下步骤：

1）根据等阶梯灌水率图，初定水泵台数。通常泵站以选4～6台水泵为宜，求得单台水泵的设计流量。

2）依据单台的设计流量和设计扬程，查 “水泵性能综合型谱图”，可查到满足需要的几种水泵，再查“泵类产品样本”中的水泵性能曲线，进行水泵性能比较，按照供货的可能性选择一种或两种水泵，作为方案进一步比较和选择的依据。

（3）选择动力机及传动设备

在电源方便的地方，应优先考虑选配电动机。在缺电或少电地区可以利用其他类型的能源及动力机。

6.计算经济管径

参考有关教科书。

7.确定水泵的安装高程

水泵安装高程应以水源水位较低时为准进行推求，没有把握时应对各种水位对应的安装高程进行计算，以保证灌溉期间在任何水位时水泵均不会发生汽蚀。

8.确定泵房结构形式

根据所选机组的类型、水源的水位及其变幅、站址地质及水文地质条件，通过方案比较，选择并确定泵房结构形式。

9.泵房内部布置及各部分尺寸的拟订

泵房内部布置和各部分尺寸的拟订，应满足机组安装、运行、检修之要求，满足通风、采光和电器设备、辅助设备布置的要求，同时应满足《泵站设计规范》要求。

10.进出水建筑物等的设计与布置

设计进出水建筑物、布置进出水管路（包括管路附件）及支墩、镇墩。

11.计算水泵工作点，进行工况校核

根据实际管路分别求得在H实设计、H实、H实min的情况下，相应的Q设、Qmax与Qmin、η设计、ηmax与ηmin，使泵站在任何情况下均能满足灌溉流量的要求；使水泵运行处在高效区内，不发生汽蚀、功率不超载（短期超载不大于5%）。

如水泵并联安装时，要根据运行规程，校核水泵单台工作及并联工作时的工作状况。

12.泵房整体稳定分析 （参考 《泵站设计规范》）

（1）抗渗稳定分析。

（2）抗滑稳定计算。

（3）地基应力校核。

13.按任务书要求，用CAD绘制泵站设计图纸

（1）泵站枢纽平面图。

（2）泵房平面图，泵房纵剖面图，泵房横剖面图。

14.编写整理设计说明书

（四）思考题

1.如何合理地确定灌溉泵站的设计流量和机组台数？

2.确定泵的安装高度有哪几种办法，如何确定？当没有把握时，为什么要对各种水位对应的安装高程进行计算和复核？

3.如何确定泵站的经济管径？