水廠取水泵站工程設(shè)計(jì)及優(yōu)化運(yùn)行研究

摘要：現(xiàn)階段，取水泵站的數(shù)量持續(xù)增加，可在確保水利工程長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮重要作用。文章以水廠取水泵站為研究對(duì)象，在對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明的基礎(chǔ)上，從環(huán)保節(jié)能的角度出發(fā)，圍繞相關(guān)工作的設(shè)計(jì)策略和優(yōu)化要點(diǎn)展開(kāi)了討論，內(nèi)容涉及取水泵站設(shè)計(jì)、節(jié)能改造、切削葉輪和提升轉(zhuǎn)速等方面，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì);節(jié)能改造;水廠取水泵站

前言：近幾年，水利工程的建設(shè)速度持續(xù)提升，大量水廠選擇對(duì)泵站進(jìn)行建設(shè)。泵站建設(shè)的重點(diǎn)是以現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，對(duì)取水泵房，進(jìn)水間、出水閘門等進(jìn)行分建或合建，確?？菟诘乃每砂l(fā)揮充分吸水的作用，并有效解決豐水期水泵被淹沒(méi)的問(wèn)題。要想使其優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮，關(guān)鍵是要有合理且科學(xué)的設(shè)計(jì)方案提供支持，圍繞設(shè)計(jì)優(yōu)化相關(guān)工作展開(kāi)討論，其現(xiàn)實(shí)意義自然不言而喻。

1水廠泵站的運(yùn)行情況

結(jié)合水廠內(nèi)部泵站的實(shí)際運(yùn)行狀況可知，對(duì)施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員仍有亟待解決的問(wèn)題存在。除特殊情況外，有關(guān)人員均會(huì)將凈水構(gòu)筑物實(shí)際用水量作為主要設(shè)計(jì)依據(jù)，但是，當(dāng)泵站投入使用后，對(duì)水流量加以衡量的標(biāo)準(zhǔn)，通常是枯水位對(duì)應(yīng)高差，如果水廠所在地區(qū)的季節(jié)和氣候變化較為明顯，供水量及水源水位均會(huì)發(fā)生一定程度的變化。

研究結(jié)果表明，豐水期通常在每年的7月～9月，在此期間無(wú)論是綠化用水、工業(yè)用水還是生活用水，其用量均有所增加，這也表明供水量最大的季節(jié)為夏季，反之，冬季供水量將出現(xiàn)明顯減少，由此可證，枯水位和最大供水量往往出現(xiàn)在不同時(shí)期。此外，取水泵站頭部的水位普遍十分穩(wěn)定，但河水對(duì)應(yīng)水位通常較設(shè)計(jì)水位略高，由此而帶來(lái)的問(wèn)題，主要是水泵運(yùn)行效率難以提高，在對(duì)取水泵站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)對(duì)此引起重視[1]。

2取水泵站的設(shè)計(jì)與優(yōu)化要點(diǎn)

2.1設(shè)計(jì)方案

我國(guó)多數(shù)地區(qū)均存在較大的季節(jié)差異，水廠在設(shè)計(jì)水泵站時(shí)，通常要對(duì)以下內(nèi)容加以考慮：如果取水泵站供水量無(wú)明顯變化且水源水位相對(duì)穩(wěn)定，其需水量和揚(yáng)程坐標(biāo)往往處于不斷變化的狀態(tài)。隨著季節(jié)的更替，需水量有所增加，凈揚(yáng)程則呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，此時(shí)，坐標(biāo)點(diǎn)會(huì)沿弧線DFE勻速移動(dòng)，弧線和對(duì)應(yīng)直線所形成縱軸差的最大值，通常與平均流量以及水位重合（如圖1所示）。

此外，處于運(yùn)行狀態(tài)的水泵，僅憑借單臺(tái)水泵，通常無(wú)法對(duì)揚(yáng)程、流量變化范圍進(jìn)行完全覆蓋，為解決以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員決定對(duì)水廠內(nèi)部現(xiàn)有水泵進(jìn)行聯(lián)合，確保水泵具備長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行的條件。水泵聯(lián)合對(duì)應(yīng)特性曲線見(jiàn)圖2。并聯(lián)條件所產(chǎn)生積極影響，主要是確保高效區(qū)揚(yáng)程無(wú)明顯變化存在，曲線QH可隨著水泵流量的增加而變得更加平緩，在水量頻繁變化的地區(qū)，水廠可對(duì)上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行借鑒。在高效區(qū)流量固定的前提下，QH曲線將隨著揚(yáng)程范圍的更改而變得更加陡峭，該系統(tǒng)更適合被運(yùn)用在水位頻繁變化的地區(qū)，其優(yōu)越性有目共睹[2]。

2.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1流量及揚(yáng)程設(shè)計(jì)

無(wú)論是水泵初始流程及揚(yáng)程，還是在運(yùn)行狀態(tài)下，其流量及揚(yáng)程的變化范圍，均要以供水系統(tǒng)所提出要求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)定。

（1）流量設(shè)計(jì)

對(duì)泵房進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員既要保證其能夠滿足流量最大時(shí)的揚(yáng)程，又要對(duì)特殊工況加以考慮，例如，經(jīng)常供水流量所對(duì)應(yīng)水泵效率。

（2）揚(yáng)程設(shè)計(jì)

由取水泵房向凈水廠輸水時(shí)，水泵的揚(yáng)程為：

在該公式中，代表水泵基準(zhǔn)面和水源水位最低值對(duì)應(yīng)的幾何高度。代表凈水構(gòu)筑物和水泵基準(zhǔn)面對(duì)應(yīng)的幾何高度。代表吸水總水頭損失。代表輸水總水頭損失。對(duì)揚(yáng)程進(jìn)行計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)提前預(yù)留1m～2m的富裕水頭。

向管網(wǎng)進(jìn)行送水時(shí)，水泵的揚(yáng)程為：

在該公式中，代表水泵基準(zhǔn)面和吸水最低水位對(duì)應(yīng)的幾何高差。代表壓力控制點(diǎn)和水泵基準(zhǔn)面對(duì)應(yīng)的幾何高差。代表自由水頭。

2.2.2初選泵設(shè)計(jì)

泵的種類繁多，性能范圍廣泛，在選擇水泵時(shí)，設(shè)計(jì)人員既要考慮流量及揚(yáng)程，還要考慮變化規(guī)律。為保證水泵性能符合項(xiàng)目要求，設(shè)計(jì)人員提出對(duì)水泵高效段進(jìn)行充分利用的建議，此外，以下內(nèi)容同樣需要引起重視：一是做到大小兼顧、靈活調(diào)配;二是保證水泵型號(hào)齊全，各水泵間互為備用;三是結(jié)合泵站規(guī)模，判斷是否需要對(duì)現(xiàn)有選泵方案進(jìn)行比較。一般來(lái)說(shuō)，中型、大型泵站需要對(duì)比選泵方案。

2.2.3吸水管路設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目對(duì)吸水管路所提出要求，主要是進(jìn)口不吸氣，安裝過(guò)程不積氣，連接處不漏氣。若管徑未達(dá)到250mm，流速以1m/s～1.2m/s為宜，如果管徑超過(guò)250mm，流速可酌情調(diào)整至1.2m/s～1.4m/s。

2.3優(yōu)化要點(diǎn)

2.3.1節(jié)能改造

在強(qiáng)調(diào)持續(xù)發(fā)展與科學(xué)發(fā)展的當(dāng)下，如何確保水利工程按照既定方向和路線前進(jìn)，自然成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)水利工程而言，持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵是有高效取水泵站提供支持，這就要求各水廠將改造現(xiàn)有水泵的工作提上日程，通過(guò)改變工況點(diǎn)或改變其特性曲線的方式，使取水泵站更具節(jié)能性，以此來(lái)達(dá)到節(jié)能改造的目的。

2.3.2水泵切削葉輪

在科技持續(xù)發(fā)展的背景下，變頻技術(shù)被頻繁應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，但利用變頻技術(shù)調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，通常要投入較多資金，除特殊情況外，均可選擇切削葉輪的方法，有關(guān)人員應(yīng)對(duì)此有所了解。

事實(shí)證明，對(duì)葉輪進(jìn)行切削，在節(jié)能方面所取得效果往往十分明顯。對(duì)取水泵站而言，切削葉輪的重點(diǎn)是更改葉輪外徑，在保證外徑參數(shù)符合水泵運(yùn)行要求的基礎(chǔ)上，為水泵運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化提供支持，隨著水泵轉(zhuǎn)速的提升，節(jié)能效果自然更加接近預(yù)期水平。各地區(qū)水廠所建造取水泵站，均可采取該方法對(duì)水泵運(yùn)行效率進(jìn)行優(yōu)化。

2.3.3水泵運(yùn)行轉(zhuǎn)速

結(jié)合水廠現(xiàn)有取水泵站運(yùn)行狀態(tài)可知，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造很有必要。一方面，取水泵站要消耗大量資源才能維持正常運(yùn)行，由此而帶來(lái)的問(wèn)題，主要是資源浪費(fèi)，只有利用切實(shí)可行的方法，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能改造，才能使資源得到充分利用。由于取水泵站已投入使用，提升其轉(zhuǎn)速的難度較大，設(shè)計(jì)人員在對(duì)多方因素加以考慮后，最終決定對(duì)運(yùn)行工況點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)將其從低效區(qū)轉(zhuǎn)移至高效區(qū)的方式，使節(jié)能改造效果達(dá)到預(yù)期。

工況點(diǎn)對(duì)取水泵站運(yùn)行具有重要意義，其工作效率往往決定著取水泵站的效率，調(diào)整工況點(diǎn)的工作往往無(wú)法一蹴而就，而是要求對(duì)管路、水泵對(duì)應(yīng)特性曲線加以改變。在開(kāi)展此項(xiàng)工作時(shí)，有關(guān)人員可酌情選擇上文提到的切削葉輪或是改變轉(zhuǎn)速的方法，通過(guò)提升轉(zhuǎn)速，使運(yùn)行曲線得到相應(yīng)的調(diào)整，隨著管網(wǎng)需求和出水壓力間所存在差距逐漸縮小，水泵節(jié)能效果將變得更加明顯。

結(jié)論：綜上，水廠所存在問(wèn)題主要是節(jié)能減排的效果并不理想，導(dǎo)致資源被大量浪費(fèi)，與當(dāng)今社會(huì)所倡導(dǎo)持續(xù)發(fā)展觀念不符。對(duì)取水泵站進(jìn)行施工時(shí)，通常無(wú)法做到完全復(fù)刻設(shè)計(jì)方案，致使這一情況出現(xiàn)的原因較多，這也給設(shè)計(jì)工作提出了全新的要求，即：對(duì)取水泵站進(jìn)行施工前，有關(guān)人員應(yīng)結(jié)合前期考察所掌握資料，在節(jié)能理念的指導(dǎo)下，對(duì)施工方案進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，確保誤差得到有效控制，為取水泵站所具有功能的發(fā)揮助力。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧波，年夫喜，李彥軍，等.仙桃大垸子泵站流道水力優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2019，No.436（02）：177-181.

[2]龔志浩，程吉林，楊樹(shù)灘，等.山湖水庫(kù)“一庫(kù)兩站”聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度方法[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2019，037（002）：124-129.

作者簡(jiǎn)介：

李艷（1985.02——），女，漢族，籍貫：山東省，職稱：中級(jí)給排水工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：給排水工程。