取水泵站的優(yōu)化設(shè)計(jì)與節(jié)能改造

摘 要：本文主要從取水泵站的設(shè)計(jì)出發(fā)，研究分析其不合理之處，同時(shí)在分析之后給出一個(gè)相對(duì)合理的解決方案，在節(jié)能改造方面等提出一些自己的意見和建議。

關(guān)鍵詞：取水泵站 切削葉輪 改變轉(zhuǎn)速

中圖分類號(hào)：TU991.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（c）-0038-02

1 目前取水泵站設(shè)計(jì)的不合理之處

現(xiàn)今，水泵站的設(shè)計(jì)并不完全合理。在設(shè)計(jì)取水泵站選擇水泵時(shí)，無論是教科書還是設(shè)計(jì)手冊(cè)上，普遍都把凈水構(gòu)筑物的用水量以及每日最高用水量加上輸水管漏損當(dāng)做取水泵站的設(shè)計(jì)流量，而水泵的揚(yáng)程則以水源枯水位的標(biāo)高差也就是凈揚(yáng)程與凈水構(gòu)筑物進(jìn)口水面以及輸水管對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)流量的水頭損失為確定標(biāo)準(zhǔn)。這種確定標(biāo)準(zhǔn)的正確性住適用于水源水位與供水量之中發(fā)生變化的只有一個(gè)，除了上述情況之外，還有一種情況也能保證這種確定方法是正確的，那就是兩者都發(fā)生變化，但不影響最枯水位和最大流量的同時(shí)出現(xiàn)。除了這兩種情況之外，其他的情況都無法完全保證這種選擇水泵的方式是百分之百正確無誤的。

在我國實(shí)際的工程中，季節(jié)的變化會(huì)在一定程度上影響水源水位和供水量的變化，但是確定到每天，他們的變化并不十分明顯。以我國的實(shí)際情況來看，較為普遍的是，在夏季也就是7～9月期間是河流的豐水期，這時(shí)候的凈揚(yáng)程最小，小到家庭日常用水量，到城市綠化建設(shè)用水量，大到工業(yè)用水量，都處在一年中用水的高峰期，此時(shí)系統(tǒng)的供水量也是最大的。而在冬季也就是1～3月，情況正好相反，這期間是河流的枯水期，這時(shí)候的凈揚(yáng)程最大，而家庭日常用水量、城市綠化用水量以及工業(yè)用水量都是一年當(dāng)中相對(duì)來說最少的，此時(shí)系統(tǒng)的供水量也是最小的。根據(jù)這種情況我們可以判斷，季節(jié)的變化會(huì)直接影響到最大供水量和水源的最枯水位。這種季節(jié)上的差異正好說明最枯水位和最大供水量是不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)的，由此可以斷定目前的這種取水泵站的設(shè)計(jì)方法存在著不合理之處。

除了對(duì)實(shí)際情況的估量分析之外，我們還可以通過量化分析來說明這種分析的不合理之處。如圖1所示

上述圖1中，Q表示供水量，HST表示凈揚(yáng)程。從以上的取水泵站工作示意圖我們可以清晰看出來，Qmin～Qmax表示供水量的浮動(dòng)區(qū)間，HST1～HST2表示凈揚(yáng)程的浮動(dòng)區(qū)間。根據(jù)目前的設(shè)計(jì)方法，C點(diǎn)作為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，根據(jù)具體季節(jié)的不同，夏季與冬季的流量和所需揚(yáng)程分別位于E、D兩點(diǎn)。從上述圖1中我們可以看出最枯水位和最大流量不可能同時(shí)出現(xiàn)；同時(shí)，水源水位和供水量的變化幅度都較大。由此也能說明現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法的不合理。如果按照目前的設(shè)計(jì)方法，屆時(shí)會(huì)造成一系列的問題，無論是對(duì)水泵機(jī)組還是變配電設(shè)備，都會(huì)造成很大的浪費(fèi)，同時(shí)也大大增加了其中一系列費(fèi)用。

2 設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)與優(yōu)化

根據(jù)上述所說的不合理的設(shè)計(jì)方法，據(jù)此我們也可加以改進(jìn)與優(yōu)化。對(duì)于取水泵站，如果水源水位和供水量都處在一定范圍的變化之內(nèi)，揚(yáng)程與系統(tǒng)本身所需的流量則是處在一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化之中的。在季節(jié)變化之時(shí)，如果凈揚(yáng)程與用水量正好是呈逆向同步的，則對(duì)應(yīng)圖1中的曲線圖可以明顯看出直線DE將會(huì)改變?yōu)榛【€DFE。而水泵的平均水位和平均流量呈現(xiàn)在圖中即為DE與DFE的縱坐標(biāo)之差的最大值。

與證明不合理相似，我們也可進(jìn)行量化的分析。根據(jù)上述分析，若0

此時(shí)系統(tǒng)所需的揚(yáng)程為：

其中，S為輸水管的比阻，HG為DE上G點(diǎn)的縱坐標(biāo)。

由上述條件0HF，這也就是說明直線DE一下的部分即為動(dòng)態(tài)坐標(biāo)的活動(dòng)區(qū)域。而當(dāng)條件滿足a=0和1時(shí)，此時(shí)HG=HF；當(dāng)a=0.5時(shí)，此時(shí)正好處在平均揚(yáng)程和平均流量的位置，此時(shí)二者的縱坐標(biāo)取得最大值。

根據(jù)上述分析我們可以得出，季節(jié)的變化影響到供水量和水源水位之時(shí)，圖1中所示的D、E兩點(diǎn)是最不適合建設(shè)水泵站的地方。根據(jù)木桶原理我們能看出，一旦D、E兩點(diǎn)的供水得到了滿足，那么其他任何一點(diǎn)也都可以滿足，這樣建設(shè)的水泵站即是合理的。

而在取水泵站的實(shí)際操作過程中，單臺(tái)水泵的高效區(qū)無法高速運(yùn)作，即無法完全顯示揚(yáng)程和流量的變化幅度，遇到這種情況，有一個(gè)處理方式就是進(jìn)行水泵的聯(lián)合。

由圖2中a并聯(lián)的工作路徑我們可知，在高效區(qū)揚(yáng)程不變的條件下，Q-H曲線會(huì)隨著流量的不斷減小而趨向陡峭，反之情況則相反。這種并聯(lián)的操作方式對(duì)于水量變化大的系統(tǒng)來說是一種有效的選擇方式。而由圖2中b的工作路徑我們可知，在高效區(qū)流量不變的條件下，Q-H曲線會(huì)隨著揚(yáng)程范圍的不斷縮小而趨向和緩，反之情況則相反。而這種串聯(lián)的操作方式則適用于水位變化大的情況。

無論是并聯(lián)還是串聯(lián)，它的前提基礎(chǔ)都是單臺(tái)水泵站的合理建立，只有在建設(shè)水泵站的時(shí)候合理選址，才能保證取水泵站的正常運(yùn)行。這就需要再選定水泵的時(shí)候就一定要注意好其選擇的位置地點(diǎn)，對(duì)其具體情況進(jìn)行分析。

3 對(duì)已經(jīng)建好的水泵站進(jìn)行節(jié)能改造

上述情況我們說的是合理建設(shè)水泵站的情況，而針對(duì)已經(jīng)建設(shè)好的水泵站，為了它能夠正常的運(yùn)行工作，我們就需要對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造。如今對(duì)于水泵站的節(jié)能降耗是相當(dāng)有必要的，因?yàn)槟壳八谜镜馁Y源消耗特別大，如果按照現(xiàn)有的建設(shè)方法去建設(shè)水泵站，會(huì)造成更大的浪費(fèi)。已經(jīng)建設(shè)好的水泵站其水泵在實(shí)際的操作過程中比實(shí)際需要要多，長(zhǎng)此以往，這種資源的浪費(fèi)會(huì)越來越多，對(duì)于水泵站的循環(huán)高效利用不利。由此，對(duì)于已建設(shè)好的水泵站進(jìn)行節(jié)能改造就是完全有必要的。而針對(duì)這種情況，有兩種方式是比較可取的，即改變轉(zhuǎn)速和切削葉輪。

如果一臺(tái)水泵已經(jīng)建設(shè)完成后，要想較大空間的提高其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度是非常困難的，要想實(shí)現(xiàn)水泵的節(jié)能改造，有一個(gè)很好的方法就是改變水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)，將水泵運(yùn)行工況點(diǎn)從低效區(qū)移到高效區(qū)，采用這種方式就可以起到節(jié)能的目標(biāo)。而根據(jù)水泵的運(yùn)行原理我們可以發(fā)現(xiàn)，工況點(diǎn)是保證水泵站正常運(yùn)行的關(guān)鍵之一，要想提高其運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，就必須改變水泵的工況點(diǎn)，而工況點(diǎn)的改變又依賴于改變水泵特性曲線和管路特性曲線。改變管路特性曲線可以通過提高管網(wǎng)壓力來調(diào)節(jié)，在此不做過多的說明。本文主要針對(duì)改變水泵特性曲線的方法來對(duì)水泵節(jié)能改造做簡(jiǎn)單的解釋。

對(duì)于改變水泵的特性曲線通常有兩種主要的途徑，即上述所說的改變轉(zhuǎn)速和切削葉輪的方法。首先是對(duì)于改變轉(zhuǎn)速的方法，也就是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的運(yùn)行曲線，當(dāng)水泵的管網(wǎng)實(shí)際所需和出水壓力達(dá)到一致的時(shí)候，就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。改變轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)水泵的性能。水泵的轉(zhuǎn)速改變了，水泵的工況點(diǎn)也會(huì)隨之移動(dòng)，相應(yīng)的流量也會(huì)發(fā)生變化，從而也就會(huì)影響到水泵的效率，這時(shí)的壓力損失也會(huì)減小。這種方法主要就是根據(jù)需水量的多少來調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行速度，這樣就可以達(dá)到節(jié)能的目的。其次是切削葉輪的方法。切削葉輪也就是傳統(tǒng)意義上的變徑，即根據(jù)所需的運(yùn)行參數(shù)對(duì)水泵葉輪外徑進(jìn)行適當(dāng)?shù)那邢?，這樣就能改變水泵的特性和性能，時(shí)水泵高效運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。切削葉輪同樣也會(huì)改變水泵的性能。葉輪外徑改變后會(huì)影響水泵工況點(diǎn)，相應(yīng)的流量也會(huì)隨之改變，此時(shí)的水泵運(yùn)行效率也會(huì)隨之改變，也沒有任何的壓力。這種方法主要是根據(jù)所需參數(shù)對(duì)水泵葉輪進(jìn)行合適的切削，這樣就可以達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。

這兩種節(jié)能方法都適用于已經(jīng)建好的水泵站。不過近些年，隨著變頻技術(shù)的不斷推廣，改變轉(zhuǎn)速的方法可以通過變頻器來改變，但是由于設(shè)備的成本較高，同時(shí)改造的投入也相當(dāng)較大，所以在現(xiàn)今的水泵站節(jié)能改造中或者是高壓電機(jī)改造中使用的范圍并不是很廣。這樣來看，通過改變切削葉輪的方法來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的是目前來說比較可行的措施和手段。但是要注意降低轉(zhuǎn)速不得低于它的最低值，切削葉輪也必須注意切削量不得超出規(guī)定范圍。一旦改變的轉(zhuǎn)速過低或者是切削的葉輪直徑超過了限定范圍，就無法起到節(jié)能降耗的目的了。

4 結(jié)語

在現(xiàn)今的水泵站的建設(shè)中，水泵站往往不能做到節(jié)能減排，造成很多的資源浪費(fèi)。由于施工之前的種種差誤，在建設(shè)之時(shí)總是不能完全的滿足需要。針對(duì)這種情況就需要我們?cè)谑┕ぶ熬驼J(rèn)真做好準(zhǔn)備工作，根據(jù)夏季和冬季用水量的不同和系統(tǒng)供水量的變化來具體斷定其水泵選擇點(diǎn)，保證其在高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行，已達(dá)到最大限度的節(jié)能降耗。同時(shí)對(duì)于已經(jīng)建好的水泵站，我們也可以根據(jù)上述所說的改變轉(zhuǎn)速和切削葉輪的方法來達(dá)到節(jié)能的目的，但是在施工的過程中也同樣要注意不能超出其規(guī)定的范圍。只有這樣，才能夠真正實(shí)現(xiàn)水泵站的節(jié)能降耗。

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