中国节水灌溉网.docx

中国节水灌溉网.docx

《中国节水灌溉网.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国节水灌溉网.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

中国节水灌溉网

1总则

1.0.1为了促进我国风力提水事业的可持续发展，总结经验，推广科技成果，提高风力提水技术的工程建设与管理水平，指导风力提水技术走向规范化、标准化，特制定本标准。

1.0.2本标准适用于单机容量在20kW以下、风力提水田容量在500kW以下的风力提水工程。

1.0.3本标准应包括以下内容：

1前引部分

1）封面；

2）发布通知；

3）前言；

4）目次。

2正文部分

1）总则；

2）术语、符号和代号；

3）风力提水工程的组成与用途；

4）风力提水机组的型号、分类；

5）风力提水工程的选址；

6）风力提水工程的设计；

7）风力提水工程的施工；

8）风力提水机组现场检测方法；

9）风力提水工程的验收；

10）风力提水工程的维护与管理。

3附录

1.0.4本标准的引用标准主要有以下标准：

《水泵流量的测定方法》（GB3214-1991）

《离心泵、混流泵、轴流泵、和旋涡泵的试验方法》（GB3216-1989）

《潜水电泵试验方法》（GB/T12785-2002）

《小型风力发电机组安全要求》（GB17646-1998）

《风力机塔架》（GB/T12467.1-12467.4）

《三相异步电动机试验方法》（GB/T1032-1985）

《井用潜水异步电动机》（GB2818/T-2002）

《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-1999）

《农田灌溉水质标准》（GB5084-1992）

《建筑地基基础设计规范》（GB50007）

《污水综合排放标准》（GB8978-1996）

《地下水质量标准》（GB/T14848-1993）

《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）

《防洪标准》（GB50201-1994）

《生活饮用水卫生标准》（GB5749-1985）

《提水和发电用小型风力机试验方法》（JB/T10137-1999）

《生活饮用水水源水质标准》（CJ3020-1993）

《建筑物防雷设计规范》（IEC61024.1—1990）

2术语、符号和代号

2.0.1风力提水机组windturbinepumpingsystem

将风的动能转化为水能的装置。

2.0.2额定风速ratedwindspeed

风力机达到额定功率时的特定风速。

2.0.3切入风速cut-inwindspeed

风力提水机系统出水口开始出流时，轮毂高度处的最低风速。

2.0.4切出风速cut-outwindspeed

风力提水机组开始调速或卸荷前，轮毂高度处的最高风速。

2.0.5年平均annualaverage

数量和持续时间足够充分的一组测量数据的平均值，供作估计期望值用。

注：

平均时间间隔应为整年，以便将不稳定因素如季节变化等平均在内。

2.0.6年平均风速annualaveragewindspeed

按照年平均的定义确定的平均风速。

2.0.7风能密度windenergydensity

是气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能。

2.0.8有效风能密度effectivewindenergydensity

是有效风力范围内的风力平均密度。

2.0.9湍流强度turbulenceintensity

风速标准偏差与平均风速的比率。

用同一组测量数据和规定的周期计算。

2.0.10额定功率ratedpower

正常工作条件下，风力提水机组的设计要达到的最大连续输出功率。

2.0.11输出功率outputpower

风力提水机组随时输出的水功率。

2.0.12最大功率maximumpower

正常工作条件下，风力提水机组最高输出的净水功率。

2.0.13年提水量annualenergyproduction

利用功率曲线和轮毂高度不同风速频率分布估算得到的一台风力提水机组，一年时间内生产的全部水量。

计算中假设利用率为100%。

2.0.14障碍物obstacles

邻近风力提水机组等引起气流畸变的固定障碍物，如建筑物、树林。

2.1.15取水建筑物gainwaterbuilding

是用于集水和安装水泵的建筑物，一般为井、泉室或地表水取水口。

2.0.16专用水泵waterpump

是由专用风力机来驱动，将水从水源泵到用水终端或蓄水池的提水机具。

2.0.17风力机基础windturbinesfoundation

是满足一定要求，具有一定强度，能够安全可靠地安装提水和风力机设备的砼地建筑物。

2.0.18控制系统controlsystem

是实现风力机起动、停车、调速、卸荷及欠压、过载等自动保护功能的设备。

2.0.19上游输水管线upwaterpipeline

是将水从泵的出水口输送到蓄水池的输水管线。

2.0.20蓄水池storepond

是为实现配水调节和调度，将大风时提出多余的水能够有效储存，必要时可靠重力自动配水的建筑物。

2.0.20下游输水管线downwaterpipeline

是将蓄水池中的水按需要输送到不同用水终端的输水管线。

3风力提水工程的组成、用途和工程规模

3.0.1风力提水工程由以下部分或全部内容组成：

1取水建筑物；

2专用水泵；

3风力机基础；

4控制系统；

5上游输水管线（或渠道）；

6蓄水池；

7下游输水管线；

8用水终端（或排水口）；

9必要的房舍及安全防护网。

3.0.2风力提水工程的用途

风力提水可用于解决人畜供水、农田及人工草场的灌溉排水、滩涂地的改造、制盐和水产养殖等问题。

3.0.3风力提水工程的规模分类应符合下列要求：

1单一泵站：

装机容量小于等于10kW的为小型风力提水工程，大于10kW、小于等于20kW的为中型风力提水工程，大于20kW的为大型风力提水工程。

2风力提水田：

装机容量小于等于100kW的为小型风力提水田，大于100kW、小于500kW的为中型风力提水田，大于500kW的为大型风力提水田。

4风力提水机组的型号、分类

4.1风力提水机组的型号

4.1.1机械传动式风力提水机组

FTJ-×××-×××-×××-×××

额定风速（单位：

m/s）

流量（单位：

m3/h）

扬程（单位：

m）

风轮直径（单位：

m）

4.1.2电力传动式风力提水机组

FTD-×××-×××-×××-×××

额定风速（单位：

m/s）

流量（单位：

m3/h）

扬程（单位：

m）

风轮直径（单位：

m）

注：

本标准在此沿用汉语拼音的第一个字母连写的方法对风力提水机组的型号进行命名。

4.2风力提水机组的分类

4.2.1按风力提水传动方式分类

1机械传动式风力提水机组

1）风力机—活塞泵提水技术；

2）风力机—螺旋泵提水技术；

3）风力机—压缩空气提水技术；

4）风力机—液压泵提水技术；

5）风力机—离心泵提水技术。

2电力传动式风力提水机组

1）风力发电驱动直流电机泵水的提水技术；

2）风力发电驱动交流电机泵水的提水技术。

4.2.2按风力提水机组功率大小分类

1大型风力提水机组，功率超过20kW的风力提水机组；

2中型风力提水机组，功率在5kW至20kW（含20kW）的风力提水机组；

3小型风力提水机组，功率在5kW（含5kW）以下的风力提水机组。

4.2.3按照提水系统的工作原理分类

1离心泵风力提水系统

1）普通型；

2）潜水型。

2容积式风力提水系统

1）传统的活塞泵系统；

2）隔膜泵、链管水车类系统；

3）螺杆泵系统；

4）转子泵系统。

5风力提水工程的选址

5.1风力提水工程选址技术条件

5.1.1该地区的能源供求状况，技术经济特征，生产条件及需求等因素。

5.1.2根据风资源调查的结果，选择有利的场地，以求增大风力机的出力，提高供能的经济性、稳定性和可靠性。

风能资源应具备以下条件：

1年平均风速大于等于3.5m/s；

2年均有效风能密度储量大于等于400W/m²；

3年有效风速小时数大于3000h；

4最大连续无有效风速小时数小于100h；

530年一遇最大风速小于40m/s；

6盛行风向、次盛行风向比较稳定，季节变化比较小的地区。

盛行风向的风频应大于40%，次盛行风向的风频应大于25%；

7避开由于上风向地形的起伏或由于障碍物而引起的频繁湍流；

8尽量减少风害对风能的有效利用、对风力机寿命及生产安全的影响。

5.1.3应有较适量的水源条件。

5.1.4应有较方便的施工条件。

5.1.5便于工程的维护与管理。

5.1.6考虑对环保的影响。

5.2风资源分析

5.2.1应掌握的风能资源及风资源状况的主要内容有：

1该地（或附近）历年的年、月平均风速（系列），系列标准差、离差系数及年际变化。

该地的年、月风速频率分布；

2该地年、月平均风能密度和有效风能功率密度，年均风能密度和年有效风能密度；

3该地年、月各级有效风速小时数，各有效风速累积小时数及其频率；

430年一遇该地极大、最大风速，大风日数，该地年、月盛行风向、次盛行风向及其频率；

5该地风速的日变化，月变化及季变化；

6该地连续无有效风速小时数、（日数）及经验频率分布；

7该地标准风压值；

8该地其它有关气象数据：

如气温极端值，沙暴日数及其它。

5.2.2风资源状况资料的获取途径和方法

1使用附近气象站的资料

这种方法适用于离气象站比较近、且起伏不大的平坦地形，地形种类没有太大差异，粗糙度比较均匀的地区以及微型和小型风力机的选址。

2进行有限度的现场测风并与附近的气象记录确立粗略的相关关系

这种方法适用于风向风速比较稳定，季节变化不大的地区。

亦可用于一些使用要求不十分严格的中小型风力机的选址。

3现场观测、收集和分析风资料

这是一种较为精确的方法，可用于所有类型的地形。

注：

对于风力提水工程，采用5.2.2-1和5.2.2-2的方法即可满足精确度要求。

5.2.3风资料的订正

1平均空气密度值的计算

利用当地气压、温度、湿度计算当地实际年（或月、日）的平均空气密度

。

------------------------（5.2.3-1）

式中P—年（或月、日）平均气压，mbar；

—年（或月、日）平均绝对湿度，mbar；

—年（或月，日）平均温度，℃；

=0.00366，1／℃。

在只知道当地海拔高度的情况下，也可利用式5.2.3-2做空气密度值的计算：

---------------------------------（5.2.3-2）

式中

—空气密度，kg/m3；

Z—海拔高度与风轮回转中心高度之和，m。

2风速的水平修正

风力提水机的计算风速应为通过插算和风速廓线折算到风轮中心的有效风速。

采用水平插算法

----------------------（5.2.3-3）

式中

—风力机处的风速；

—风力提水泵站前一处气象站的风速，m/s；

—风力提水泵站后一处气象站的风速，m/s；

—后一气象站至风力提水泵站的水平距离，m；

—风力提水泵前一处气象站到后一处气象站的距离，m。

3风速值随高度的修正

风速值与高度的变化关系，一般呈以下两种型式。

1）对数型

--------------------------------（5.2.3-4）

式中

—Z高处风速值，m/s；

—h高处已知风速值（一船h为10m），m/s；

—粗糙摩长度参数。

2）指数型

--------------------------------（5.2.3-5）

式中

的经验值在大风时约为0.16，一般情况下约为0.19。

注：

选址时若采用附近气象站的风速资料，除应进行高度修正外，还会由于地形起伏变化、地面粗糙度变化及障碍物的影响等而使风速廓线发生变化，鉴于此，应采用相应措施来加以修正。

5.2.4平均风速的计算

1风速0.0m/s～0.9m/s的按0m/s风速计；

2风速1.0m/s～1.9m/s的按1m/s风速计；

3风速2.0m/s～2.9m/s的按2m/s风速计；

按照公式（5.2.4）以此类推。

---------------------------------（5.2.4）

式中

—各级风速，m/s；

—该级风速出现的小时数，h；

N—各级风速出现的总时数，h。

5.2.5年均有效风功率密度的计算

--------------------------------（5.2.5）

式中

—各级风速，m/s；

—该级风速出现的小时数，h；

—空气密度，kg/m3；

—年均有效风能功率密度（W/m2）。

5.2.6年均有效风能密度的计算

------------------------------（5.2.6）

式中

—该级风速出现的小时数，h；

—年均有效风能功率密度，W/m2；

—年均有效风能密度，kW·h/y·m2。

注：

一般情况下，利用附近气象站或有限的观测而获得的一些风资料还不能直接用于风能资源的分析、计算和评价，而应进行一些必要的订正。

5.3水源分析

5.3.1风力提水工程对取水位置的要求

1机械式直接提水机组要求水源井应在附近区域，一般不超过10m的距离；

2发电式提水机组可根据需要来选择。

5.3.2风力提水工程对水源水质的要求

1城镇一般清水，如河水、湖水、池塘水、井水等；

2水的温度不高于40℃；

3固体物质含量（按质量计）不大于0.01%；

4固体物质颗粒不大于0.2mm；

5酸碱度pH值在6.5～8.5之间；

6硫化氢的含量不大于1.5mg/L；

7氯离子的含量不大于400mg/L。

注1：

对于地下水源，工程以提取生活饮用水为主，水源应选取GB/T14848-1993规定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地下水；工程以工、农、牧业生产用水为主，水源应选取GB/T14848-1993规定的Ⅳ、Ⅴ类地下水；

注2：

对于地表水源，工程以提取生活饮用水为主，水源应选取GB3838-2002规定的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类地表水；工程以工、农、牧业生产用水为主，水源应选取GB3838-2002规定的Ⅳ、Ⅴ类地下水。

5.3.3风力提水工程对水源水量的要求

1选用地下水源时，其允许开采量应大于设计取水量；

2选用地表水源时，其设计枯水流量的保证率应不低于90%；

3当单一水源水量不能满足要求时，可采用多水源或调蓄等措施。

5.3.4风力提水工程对地质条件的要求

在风力提水机安装的局部区域内，地基土应有一定的承载能力，应尽可能避免沼泽、滩涂、流沙，便于运输车辆进入工作场所。

地质条件应符合GB50007-2002的要求。

6风力提水工程的设计

6.1风力提水工程的技术要求

6.1.1一般要求

1风力提水泵站应符合本标准的要求，并按设计的要求建设。

1）风力提水泵站周围应没有阻风障碍物，如果有障碍物，其高度应在风力机高度的1/3以下；

2）在风力提水泵站500m内不宜有居民居住；

3）三天无有效风速出现时泵站仍能正常供水；

4）风力提水泵站取水处应预留放置其它取水器所需的空间。

2风力提水泵站应能在环境温度-30℃～+60℃的条件下正常工作。

3风力机、水源口、蓄水池处应设有安全防护设施和警示标志。

4容量超过5kW的风力发电提水泵站应设有控制室，卸荷系统与主控系统应分室放置。

并要求地面硬化、墙壁粉刷，设有通风设施和消防器材。

5控制设备排放整齐美观，电缆线应走线槽，线沟不应随意跨接。

6输水管线不应有较大的起伏，穿越不良地质、地段时应采用相应的技术措施。

输水管线不宜有明显的水漏。

7风力提水泵站设计应符合GB50201-1994的有关规定。

8蓄水池应建在有重力供水条件的高处。

在蓄水池周围不宜建垃圾点、牲畜引水处，避免对水源造成污染。

9蓄水池进出水管均应设有阀门。

10泵站应备有用户手册。

6.1.2技术要求

1风力提水泵站处的年平均风速应大于3.5m/s。

2风力机和控制室应尽可能地靠近水源，一般不超出30m。

3当由多台风力机串并联做动力时，风力机以水源为中心，面向主风向一字排开，间距为风力机叶轮直径D的5倍。

以风力机为中心，主风向的2km、其它方向0.5km内障碍物的高度小于1/3风力机高度。

（见图6.1.2）

1-水源；2-水泵；3-风力机；4-上游输水管线；5-控制室；6-蓄水池；7-上游输水管线；8-用水终端

图6.1.2风力提水系统示意图

4蓄水池最低点的水头（h1）应高于用水终端处水头（h2）2m～3m。

5水源的涌水量应大于额定风速时提水量的3倍。

6蓄水池容积应大于等于日最大用水量的3倍。

7蓄水池输水管线应有防冻措施。

8风力提水泵站的工作风速应小于4m/s。

9控制室电器接地电阻应小于等于10Ω。

10风力提水泵站的噪音应控制在75db以下。

11风力提水泵站的抗大风能力应大于40m/s。

12风力机工作风速的下限值不大于4m/s；上限值不小于18m/s。

13主输水管内水的流速应小于0.5m/s。

14容量大于5kW的风力发电提水泵站应有欠压、过载、卸荷、制动等电子自动保护功能。

15风力提水泵站的出水口处应有消能和防冲刷装置。

6.2风力提水机组的选型

6.2.1机组选型应注意考虑以下问题：

1风资源状况：

一般年平均风速小于4m/s的区域宜选用多叶片、阻力型风力提水机组。

2装机容量：

装机容量大于5kW时宜选用发电型风力提水机组。

3实际工程对扬程、流量的要求：

高扬程、小流量的工程宜选用往复式活塞泵提水机组。

4风力提水工程的用途：

农田灌溉宜选用发电式提水机组。

5水源情况（包括水源位置、水井情况、水源周围地质条件等）：

布置较困难时宜选用风力发电提水机组。

6水质条件：

水中含沙量大的宜选用离心泵风力提水机组。

6.2.2几种风力提水机组的性能特点及其适用范围

1风力直接驱动水泵的机械式提水机组主要分为两种：

1）往复式提水机组：

它是由低速、多叶片风力提水机与单作用或双作用往复式活塞泵相匹配的装置。

性能参数如下：

——风轮直径：

2m～7m；

——扬程：

10m～100m；

——在8m/s额定风速下的流量：

0.5m3/h～5m3/h。

这类机组的特点是：

高扬程、小流量，适合提取深井地下水；对水质要求严格，起动风速高。

此类机组适合用在风能资源丰富的草原牧区，为人畜提供清洁饮用水或为小面积草场提供灌溉用水。

2）螺旋式提水机组：

它是由低速或中速、多叶片风力提水机与钢管链式水车、螺旋泵、离心泵相匹配的装置。

性能参数如下：

——风轮直径：

5m～8m；

——扬程：

0.5m～5m；

——在8m/s额定风速下的流量：

50m3/h～200m3/h。

这类机组的特点是：

低扬程、大流量，适合提取河水、海水等地表水；起动风速低、对水质适应性强。

适用于农田灌溉、水产养殖或海水制盐等作业。

2风力发电驱动电机泵水的提水机组主要分为两种：

1）直流机组：

它是将风力机产生的交流电转换成直流电，驱动直流电机泵水。

这类机组的特点是：

组成简单，效率高，布置灵活，在功率小于2kW以下时可有多种流量、扬程的组合。

2）交流机组

这类机组的特点是：

易实现大功率提水，通用性强，自动化程度高，可有多种流量、扬程的组合，用于大于5kW的风力提水泵站时经济性更好。

注：

电力传动风力提水系统既可以单台使用，也可以通过风力机串并联形成风力机群的电站，驱动水泵电机泵水。

6.3风力提水系统的设计

6.3.1总扬程的确定

总扬程是风力在额定风速时、水源抽取的水量与供给的水量处于平衡时，水源此时的动水位到出水口中心的垂直高度与输水管道的阻力之和。

6.3.2日均提水量的确定

日均提水量是在风力提水机额定扬程下，选用全年不同级别的有效风速小时数与该级别风时流量乘积之和。

-----------------------（6.3.2）

式中

—日提水量；m³/d；

V1—切入风速；m/s；

V2—切出风速；m/s；

—某一级别有效风的小时数；h；

—特定机型额定扬程时相应级别有效风速时的流量，m³/s。

注：

日提水量应大于日最大需水量

6.3.3水源设计应注意以下事项：

1提取地下水时井口直径应大于风力提水泵直径的2倍；

2水泵进水口应与取水建筑物底部保持适当的距离；

3如采用风力驱动潜水电泵提水时，动静水位的落差应小于2m，泵潜水总深度小于3m；

4提取地表水时取水处应有良好的工程地质条件，稳定的河床，岸边要有防洪、受冲刷、防泥砂、漂浮物的措施。

6.3.4提水泵站的布置设计

1传动的往复活塞式风力提水机，一般用于抽取地下水，做往复运动的风力机拉杆，一般应置与井的中心进行整体布置。

在风力机塔架的周围应建宽度不小于1.5m的平台供今后检修提供作业场所。

2风力机直接驱动容积式或其它泵水装置时，风力机应尽可能地靠进取水口，减少传动链。

风力机的起吊方向应设在取水口的反方向。

3采用水电力传动的风力提水机的布置相对自由度较大，一般风力机布置在主风向的上风向离水井20m以内，控制室应在风力机主风向自下风向10m以内，也可将控制室与井房做成一体，但高度应小于风力机高度的1/3。

6.3.5土建设计

1取水建筑物应采用砼地灌注，形状规则平整。

2风力机的地基应按40m/s大风时，风力机仍在工作的动载荷计算。

风轮风压根据面积、实度、比转速按气动原理计算，其余部分6.3.5式计算：

----------------------------（6.3.5）

式中c—风载体型系数，一般取0.7～1.4；

——高度修正系数，一般取1～1.46；

q——标准风压，600N/m2～800N/m2；

——风轮轮廓面积在垂直于风向平面上的投影，m2；

φ——风栽面积系数，桁架取φ=0.2～0.6

实体取φ=1。

3控制室地面高于外地面0.2m，并硬化。

控制室和卸荷间都应用通风口，当功率超过10kW时，卸荷间应强制通风。

4要求冬季作业的风力泵站，输水口应设在冻层以下，在水源部建阀门井。

6.4蓄水工程的设计

6.4.1蓄水工程形式的选择

蓄水工程形式的选择应根据地形、地质、用途、建筑材料和社会经济等因素确定。

宜采用水罐、水池、水窖等形式。

6.4.2蓄水工程的要求：

1位置应避开填方或易滑坡地段，地下式蓄水工程外壁与崖坎和根系较发达的树木的距离不应小于5m，多个水窖之间的距离不应小于4m；

2蓄水工程应进行防渗处理；

3蓄水工程与水源的垂直高度差应该与风力提水机组的设计扬程相匹配，不应大于提水