取水泵站的节能改造及设计

杨宗儒马华明/.宁夏红寺堡扬水管理处 .宁夏水利电力工程学校

取水泵站的节能改造及设计

杨宗儒1马华明2/1.宁夏红寺堡扬水管理处 2.宁夏水利电力工程学校

本文通过分析当前取水泵的设计方法，对其所存在的不足之处给与分析，并结合所存不足就流量变化及水源水位出现变化时相应优化设计方法予以提出，针对已经建成的取水泵站，对其采用切削叶轮或者对转速予以改变的方法进行相应节能改造进行探讨。

取水泵站；节能改造；特性曲线；设计

一、取水泵站现有设计方法所存在的不足

当前我国在相关教科书及设计手册当中，针对取水泵站的水泵进行选择时，往往采取当日最高的用水量，与净水构筑物自身所具有用水量，及输水管漏损水量等相加，以此作为取水泵站所具有的设计流量，通过水源最枯是相应水位和净水构筑物所存在的进口水位之间的差额即标高差，然后加上与输水管与设计流量相对应的水头损失状况，以此对水泵的扬程进行确定，如果供水量与水源水位均不出现变化的状况，或者是虽然存在一定变化，但是最大流量和最枯水位均存在同时出现的可能的状况下，此种设计方法才可以肯定为正确。在实际的工程当中，虽然水源水位与供水量方面并不存在每天均存在变化的状况，然而伴随季节的变化，就会存在趋于一定范围之内相应变化的状况。我国河流的枯水期通常为每年的1～3月，因此，其净扬程也就最大，然而发生此状况的时间则为动机，人们生活当中的生活用水量，乃至城市当中的工业用水均处于最少时期，总体的系统供水领均较小。而我国丰水期则在每年的7～9月，其相应的净扬程也就最小，然而此状况时间推算则为夏季，此时间无论是工业还是人们生活用水均达到最高峰，因此，在整体的系统总供水量方面也就是一种种最大。因此，水源在最大供水量和最枯水位之间所存在的最大差异就是季节差异，二者之间没有同时出现的可能，所以，在具体的设计上也就没有与实际情况相符。

如图1所示，该图表示为取水泵站水泵具体的工作状况，整个系统的供水量则在相应的Qmin和Qmax之间发生实质变化，而从净扬程来考量，其主要在HST1和HST2之间发生相应变化。针对当前的设计方法来讲，其主要是把C点作为整个设计工程当中的相应工况点，当整个系统在具体的运行过程中，夏季的流量和相应所需要的高程则在位置E处，而冬季的具体流量和所需要的高程则在位置D处。从中可知，如果在供水量及水源水位存在比较大的变化的状况，且油同时处于最低水位及最大流量之间所不可能同时出现的状况，如果仅仅依据下游的方法对水泵进行选择，在实际应用中不管是冬季还是夏季均存在超出实际需求的状况，至此，则会导致诸如泵房基建投资、变配电设备及水泵机组等方面造成不同程度浪费的状况，促使运行费用及折旧费用的增加。

图1 取水泵站水泵工作状况

二、设计方案具体优化

如果取水泵站在水源水位及供水量方面均处于在一定范围内进行变化，系统所需要的相应扬程及流量所存在的坐标点位于实际动态变化中，则可断定，如果上述内容变化发生在冬季，用水量的增大及净扬程的减少则会保持同步，其相应坐标点就会依据图1当中直线DE下方的弯线DFE进行移动，并在平均水位及流量时，出现，弧线与直线纵坐标之间的最大差值。用水量的增加与净扬程的减少之间存在同步的关系，因此，针对任意数值的0＜a＜1，流量与净扬程之间均对以下关系予以满足：

当将Q表示为流量及HST表示为净扬程时，系统所需要的扬程则可表示为：

在公式当中，S所表示的是输水管的比阻，HG所表示的是当Q代表流量时，在直线DE上相应G点的对应纵坐标。由于0＜a＜1，因此可得出HF＜HG，也就是在动态坐标点始终位于直线DE以下，，如果a=0或者1时，二者之间存在相等关系，如果a=0.5时，那么二者之间所存在的差值就会最大。

通过上述分析结果可知，随着供水量及水源水位伴随季节的变化而变化时，其中最不利工况点，则会在E点或者D点出现，因此，在水泵选择的过程中，仅需要将D、E两点相应供水需求给与满足，则就能将处于变化过程中所存在所有点的供水需求予以满足。如果存在水源水位在相应变化幅度上，与输水管水头的损失方面的变化幅度相比，出现小于或等于的状况，即（HST1-HST2）≤（Q2max-SQ2min）时，公式中HD就不能出现高于HE的状况，其中所存在的最不利的供水点则为E点，在对水泵进行选择时，进需要在水泵的高效区以内，对流量变化范围进行控制，在Q-H的曲线上，将HE落入其中。如果水源水位所存在变化，相比于输水管水头损失方面所存在的变化，明显大于后者的状况，针对此状况最为理想的设计方案则是，在所选取的水泵高效区之内，将系统的流量变化范围纳入其中，并且将D、E两点落至相应的水泵所存在的Q-H曲线上。通常强情况下，对于理想条件的水泵很难得到满足，针对方案的优化，最为理想的方法就是在Q-H曲线上，不应将D、E两点落在之上，而对于两外一点，可将其落至曲线Q-H下方位置，也就是在不超出所选取的水泵扬程状况下，HD和HE与曲线Q-H之间越接近则越好。所以，不易将直线DE相应倾斜角度放置过大，并且，在曲线Q-H平缓的水泵位置则最为合宜；如果存在直线DE再向下倾斜角过大的状况，则可对Q-H曲线陡的水泵给与选择。

在实际工程应用当中，常常会存在单台水泵在相应高效区，对于扬程及流量变化范围无法进行覆盖的状况，此时，需要对水泵的联合工作进行考量。如图2所示，其所表示的是水泵在联合工作状况下的特性曲线，当水泵处于联合工作时，其在高校区所存在的扬程则未发生变化，所具有的流量范围则发生增大状况，而曲线Q-H则变得更加的平缓，因此，针对数量变化特别大的系统较为适用。

三、取水泵站的节能改造分析

针对已建好取水泵站来讲，所选择的水泵肯定超出实际的需求状况，在具体运行过程中，则会造成主队能量被浪费的状况，因此，需要对其进行相应节能改造。最主要的方法就是对转速进行改变及削叶轮，现就叶轮切削量相应确定方法进行分析。

图2 水泵联合工作的特性曲线

图3 水泵工作特性曲线

如图3所示，a当中所表示的是单台水泵的具体工作状况，首先可利用最大净扬程HST1最大流量Qmin，对D点进行确定，然后依据最小净扬程HST2及最大流量Qmax，将E点予以得出；在分别过D、E两点的状况下，实施切削抛物线操作，将其与水泵特性曲线所存在的交叉点D•、E•找出，然后根据切削定律，将D、E两点相应所需求的叶轮直径予以得出，将所得结果当中的最大者，当做切削叶轮的最终依据。如果曲线Q-H和D、E两点所存在的差距较为明显时，仅需要将距离最近的一点的叶轮直径予以求出便可。通过图3可知，b所表示的是两台水泵联合工作的具体工作状况，当对D、E两点进行确定以后，经过D、E两点的水平线，分别将交于Qmin/2及Qmax/2的D1和E1找到，然后采用诸如单台水泵的方法，将各台经过切削后的相应叶轮直径予以求出。针对多台水泵联合工作的状况，可采用将具体数值改为Qmin/n及Qmax/n就可完成。

如若采用改变转速的方法爱达到节能改造的目的，其在具体的方法上与叶轮切削较为相似，仅在D、E两点上所作出的抛物线被曾作相似工况抛物线，所使用的计算工作被称作比例律。当节能改造采用改变转速或切削叶轮的方法时，应将水泵有效调速范围及切削范围为基础，对叶轮的切削量以及转速的下调予以确定，如果经过计算得出结果超过有效范围的状况，则可将其临界点作为实施下调或消减的最终依据，不然，则无法将水泵的高速运行给与保证。

四、结语

针对当前取水泵的设计方法来讲，其在供水量及水源水位所发生的变化与实际情况往往存在不相符的状况，从而造成泵房基建投资及水泵机组浪费的状况，因此，可通过对冬季及夏季所存在的用水量和水源水位状况，将起到控制作用的“需求点”进行确定，在对水泵进行选择时，应始终保证需求点在水泵的高效区的范围之内，以此达到水泵效率的最大发挥，实现能源节约和减少浪费的目的。

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