取水泵站的節(jié)能改造及設(shè)計

【摘 要】本文通過分析當(dāng)前取水泵的設(shè)計方法，對其所存在的不足之處給與分析，并結(jié)合所存不足就流量變化及水源水位出現(xiàn)變化時相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計方法予以提出，針對已經(jīng)建成的取水泵站，對其采用切削葉輪或者對轉(zhuǎn)速予以改變的方法進行相應(yīng)節(jié)能改造進行探討。

【關(guān)鍵詞】取水泵站；節(jié)能改造；特性曲線；設(shè)計

一、取水泵站現(xiàn)有設(shè)計方法所存在的不足

當(dāng)前我國在相關(guān)教科書及設(shè)計手冊當(dāng)中，針對取水泵站的水泵進行選擇時，往往采取當(dāng)日最高的用水量，與凈水構(gòu)筑物自身所具有用水量，及輸水管漏損水量等相加，以此作為取水泵站所具有的設(shè)計流量，通過水源最枯是相應(yīng)水位和凈水構(gòu)筑物所存在的進口水位之間的差額即標高差，然后加上與輸水管與設(shè)計流量相對應(yīng)的水頭損失狀況，以此對水泵的揚程進行確定，如果供水量與水源水位均不出現(xiàn)變化的狀況，或者是雖然存在一定變化，但是最大流量和最枯水位均存在同時出現(xiàn)的可能的狀況下，此種設(shè)計方法才可以肯定為正確。在實際的工程當(dāng)中，雖然水源水位與供水量方面并不存在每天均存在變化的狀況，然而伴隨季節(jié)的變化，就會存在趨于一定范圍之內(nèi)相應(yīng)變化的狀況。我國河流的枯水期通常為每年的1～3月，因此，其凈揚程也就最大，然而發(fā)生此狀況的時間則為動機，人們生活當(dāng)中的生活用水量，乃至城市當(dāng)中的工業(yè)用水均處于最少時期，總體的系統(tǒng)供水領(lǐng)均較小。而我國豐水期則在每年的7～9月，其相應(yīng)的凈揚程也就最小，然而此狀況時間推算則為夏季，此時間無論是工業(yè)還是人們生活用水均達到最高峰，因此，在整體的系統(tǒng)總供水量方面也就是一種種最大。因此，水源在最大供水量和最枯水位之間所存在的最大差異就是季節(jié)差異，二者之間沒有同時出現(xiàn)的可能，所以，在具體的設(shè)計上也就沒有與實際情況相符。

如圖1所示，該圖表示為取水泵站水泵具體的工作狀況，整個系統(tǒng)的供水量則在相應(yīng)的Qmin和Qmax之間發(fā)生實質(zhì)變化，而從凈揚程來考量，其主要在HST1和HST2之間發(fā)生相應(yīng)變化。針對當(dāng)前的設(shè)計方法來講，其主要是把C點作為整個設(shè)計工程當(dāng)中的相應(yīng)工況點，當(dāng)整個系統(tǒng)在具體的運行過程中，夏季的流量和相應(yīng)所需要的高程則在位置E處，而冬季的具體流量和所需要的高程則在位置D處。從中可知，如果在供水量及水源水位存在比較大的變化的狀況，且油同時處于最低水位及最大流量之間所不可能同時出現(xiàn)的狀況，如果僅僅依據(jù)下游的方法對水泵進行選擇，在實際應(yīng)用中不管是冬季還是夏季均存在超出實際需求的狀況，至此，則會導(dǎo)致諸如泵房基建投資、變配電設(shè)備及水泵機組等方面造成不同程度浪費的狀況，促使運行費用及折舊費用的增加。

二、設(shè)計方案具體優(yōu)化

如果取水泵站在水源水位及供水量方面均處于在一定范圍內(nèi)進行變化，系統(tǒng)所需要的相應(yīng)揚程及流量所存在的坐標點位于實際動態(tài)變化中，則可斷定，如果上述內(nèi)容變化發(fā)生在冬季，用水量的增大及凈揚程的減少則會保持同步，其相應(yīng)坐標點就會依據(jù)圖1當(dāng)中直線DE下方的彎線DFE進行移動，并在平均水位及流量時，出現(xiàn)，弧線與直線縱坐標之間的最大差值。用水量的增加與凈揚程的減少之間存在同步的關(guān)系，因此，針對任意數(shù)值的0

在公式當(dāng)中，S所表示的是輸水管的比阻，HG所表示的是當(dāng)Q代表流量時，在直線DE上相應(yīng)G點的對應(yīng)縱坐標。由于0

通過上述分析結(jié)果可知，隨著供水量及水源水位伴隨季節(jié)的變化而變化時，其中最不利工況點，則會在E點或者D點出現(xiàn)，因此，在水泵選擇的過程中，僅需要將D、E兩點相應(yīng)供水需求給與滿足，則就能將處于變化過程中所存在所有點的供水需求予以滿足。如果存在水源水位在相應(yīng)變化幅度上，與輸水管水頭的損失方面的變化幅度相比，出現(xiàn)小于或等于的狀況，即（HST1- HST2）≤（Q2max-SQ2min）時，公式中HD就不能出現(xiàn)高于HE的狀況，其中所存在的最不利的供水點則為E點，在對水泵進行選擇時，進需要在水泵的高效區(qū)以內(nèi)，對流量變化范圍進行控制，在Q-H的曲線上，將HE落入其中。如果水源水位所存在變化，相比于輸水管水頭損失方面所存在的變化，明顯大于后者的狀況，針對此狀況最為理想的設(shè)計方案則是，在所選取的水泵高效區(qū)之內(nèi)，將系統(tǒng)的流量變化范圍納入其中，并且將D、E兩點落至相應(yīng)的水泵所存在的Q-H 曲線上。通常強情況下，對于理想條件的水泵很難得到滿足，針對方案的優(yōu)化，最為理想的方法就是在Q-H 曲線上，不應(yīng)將D、E兩點落在之上，而對于兩外一點，可將其落至曲線Q-H下方位置，也就是在不超出所選取的水泵揚程狀況下，HD和HE與曲線Q-H之間越接近則越好。所以，不易將直線DE相應(yīng)傾斜角度放置過大，并且，在曲線Q-H平緩的水泵位置則最為合宜；如果存在直線DE再向下傾斜角過大的狀況，則可對Q-H曲線陡的水泵給與選擇。

在實際工程應(yīng)用當(dāng)中，常常會存在單臺水泵在相應(yīng)高效區(qū)，對于揚程及流量變化范圍無法進行覆蓋的狀況，此時，需要對水泵的聯(lián)合工作進行考量。如圖2所示，其所表示的是水泵在聯(lián)合工作狀況下的特性曲線，當(dāng)水泵處于聯(lián)合工作時，其在高校區(qū)所存在的揚程則未發(fā)生變化，所具有的流量范圍則發(fā)生增大狀況，而曲線Q-H則變得更加的平緩，因此，針對數(shù)量變化特別大的系統(tǒng)較為適用。

三、取水泵站的節(jié)能改造分析

針對已建好取水泵站來講，所選擇的水泵肯定超出實際的需求狀況，在具體運行過程中，則會造成主隊能量被浪費的狀況，因此，需要對其進行相應(yīng)節(jié)能改造。最主要的方法就是對轉(zhuǎn)速進行改變及削葉輪，現(xiàn)就葉輪切削量相應(yīng)確定方法進行分析。

如圖3所示，a當(dāng)中所表示的是單臺水泵的具體工作狀況，首先可利用最大凈揚程HST1最大流量Qmin，對D點進行確定，然后依據(jù)最小凈揚程HST2及最大流量Qmax，將E點予以得出；在分別過D、E兩點的狀況下，實施切削拋物線操作，將其與水泵特性曲線所存在的交叉點D·、E·找出，然后根據(jù)切削定律，將D、E兩點相應(yīng)所需求的葉輪直徑予以得出，將所得結(jié)果當(dāng)中的最大者，當(dāng)做切削葉輪的最終依據(jù)。如果曲線Q-H和D、E兩點所存在的差距較為明顯時，僅需要將距離最近的一點的葉輪直徑予以求出便可。通過圖3可知，b所表示的是兩臺水泵聯(lián)合工作的具體工作狀況，當(dāng)對D、E兩點進行確定以后，經(jīng)過D、E兩點的水平線，分別將交于Qmin/2及Qmax/2的D1和E1找到，然后采用諸如單臺水泵的方法，將各臺經(jīng)過切削后的相應(yīng)葉輪直徑予以求出。針對多臺水泵聯(lián)合工作的狀況，可采用將具體數(shù)值改為Qmin/n及Qmax/n就可完成。

如若采用改變轉(zhuǎn)速的方法愛達到節(jié)能改造的目的，其在具體的方法上與葉輪切削較為相似，僅在D、E兩點上所作出的拋物線被曾作相似工況拋物線，所使用的計算工作被稱作比例律。當(dāng)節(jié)能改造采用改變轉(zhuǎn)速或切削葉輪的方法時，應(yīng)將水泵有效調(diào)速范圍及切削范圍為基礎(chǔ)，對葉輪的切削量以及轉(zhuǎn)速的下調(diào)予以確定，如果經(jīng)過計算得出結(jié)果超過有效范圍的狀況，則可將其臨界點作為實施下調(diào)或消減的最終依據(jù)，不然，則無法將水泵的高速運行給與保證。

四、結(jié)語

針對當(dāng)前取水泵的設(shè)計方法來講，其在供水量及水源水位所發(fā)生的變化與實際情況往往存在不相符的狀況，從而造成泵房基建投資及水泵機組浪費的狀況，因此，可通過對冬季及夏季所存在的用水量和水源水位狀況，將起到控制作用的“需求點”進行確定，在對水泵進行選擇時，應(yīng)始終保證需求點在水泵的高效區(qū)的范圍之內(nèi)，以此達到水泵效率的最大發(fā)揮，實現(xiàn)能源節(jié)約和減少浪費的目的。

參考文獻：

[1]李彥君， 周志斌， 黃明珠，等. 自來水廠取水泵站設(shè)計選型與節(jié)能改造技術(shù)探討[J]. 城鎮(zhèn)供水， 2014， （5）：23-25.

[2]許澤文. 基于水位水量頻數(shù)法的取水泵站能耗計算及工況分析[J]. 湖南城市學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版， 2006， 15（01）：14-16.

[3]崔益. 陽城電廠水源地取水升壓泵變頻改造設(shè)計方案[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品， 2012， （21）：175-175.