取水泵站的优化设计与节能改造

摘 要：本文主要从取水泵站的设计出发，研究分析其不合理之处，同时在分析之后给出一个相对合理的解决方案，在节能改造方面等提出一些自己的意见和建议。

关键词：取水泵站 切削叶轮 改变转速

中图分类号：TU991.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0038-02

1 目前取水泵站设计的不合理之处

现今，水泵站的设计并不完全合理。在设计取水泵站选择水泵时，无论是教科书还是设计手册上，普遍都把净水构筑物的用水量以及每日最高用水量加上输水管漏损当做取水泵站的设计流量，而水泵的扬程则以水源枯水位的标高差也就是净扬程与净水构筑物进口水面以及输水管对应设计流量的水头损失为确定标准。这种确定标准的正确性住适用于水源水位与供水量之中发生变化的只有一个，除了上述情况之外，还有一种情况也能保证这种确定方法是正确的，那就是两者都发生变化，但不影响最枯水位和最大流量的同时出现。除了这两种情况之外，其他的情况都无法完全保证这种选择水泵的方式是百分之百正确无误的。

在我国实际的工程中，季节的变化会在一定程度上影响水源水位和供水量的变化，但是确定到每天，他们的变化并不十分明显。以我国的实际情况来看，较为普遍的是，在夏季也就是7～9月期间是河流的丰水期，这时候的净扬程最小，小到家庭日常用水量，到城市绿化建设用水量，大到工业用水量，都处在一年中用水的高峰期，此时系统的供水量也是最大的。而在冬季也就是1～3月，情况正好相反，这期间是河流的枯水期，这时候的净扬程最大，而家庭日常用水量、城市绿化用水量以及工业用水量都是一年当中相对来说最少的，此时系统的供水量也是最小的。根据这种情况我们可以判断，季节的变化会直接影响到最大供水量和水源的最枯水位。这种季节上的差异正好说明最枯水位和最大供水量是不会同时出现的，由此可以断定目前的这种取水泵站的设计方法存在着不合理之处。

除了对实际情况的估量分析之外，我们还可以通过量化分析来说明这种分析的不合理之处。如图1所示

上述图1中，Q表示供水量，HST表示净扬程。从以上的取水泵站工作示意图我们可以清晰看出来，Qmin～Qmax表示供水量的浮动区间，HST1～HST2表示净扬程的浮动区间。根据目前的设计方法，C点作为设计工况点，根据具体季节的不同，夏季与冬季的流量和所需扬程分别位于E、D两点。从上述图1中我们可以看出最枯水位和最大流量不可能同时出现；同时，水源水位和供水量的变化幅度都较大。由此也能说明现有设计方法的不合理。如果按照目前的设计方法，届时会造成一系列的问题，无论是对水泵机组还是变配电设备，都会造成很大的浪费，同时也大大增加了其中一系列费用。

2 设计方案的改进与优化

根据上述所说的不合理的设计方法，据此我们也可加以改进与优化。对于取水泵站，如果水源水位和供水量都处在一定范围的变化之内，扬程与系统本身所需的流量则是处在一个动态的变化之中的。在季节变化之时，如果净扬程与用水量正好是呈逆向同步的，则对应图1中的曲线图可以明显看出直线DE将会改变为弧线DFE。而水泵的平均水位和平均流量呈现在图中即为DE与DFE的纵坐标之差的最大值。

与证明不合理相似，我们也可进行量化的分析。根据上述分析，若0

此时系统所需的扬程为：

其中，S为输水管的比阻，HG为DE上G点的纵坐标。

由上述条件0HF，这也就是说明直线DE一下的部分即为动态坐标的活动区域。而当条件满足a=0和1时，此时HG=HF；当a=0.5时，此时正好处在平均扬程和平均流量的位置，此时二者的纵坐标取得最大值。

根据上述分析我们可以得出，季节的变化影响到供水量和水源水位之时，图1中所示的D、E两点是最不适合建设水泵站的地方。根据木桶原理我们能看出，一旦D、E两点的供水得到了满足，那么其他任何一点也都可以满足，这样建设的水泵站即是合理的。

而在取水泵站的实际操作过程中，单台水泵的高效区无法高速运作，即无法完全显示扬程和流量的变化幅度，遇到这种情况，有一个处理方式就是进行水泵的联合。

由图2中a并联的工作路径我们可知，在高效区扬程不变的条件下，Q-H曲线会随着流量的不断减小而趋向陡峭，反之情况则相反。这种并联的操作方式对于水量变化大的系统来说是一种有效的选择方式。而由图2中b的工作路径我们可知，在高效区流量不变的条件下，Q-H曲线会随着扬程范围的不断缩小而趋向和缓，反之情况则相反。而这种串联的操作方式则适用于水位变化大的情况。

无论是并联还是串联，它的前提基础都是单台水泵站的合理建立，只有在建设水泵站的时候合理选址，才能保证取水泵站的正常运行。这就需要再选定水泵的时候就一定要注意好其选择的位置地点，对其具体情况进行分析。

3 对已经建好的水泵站进行节能改造

上述情况我们说的是合理建设水泵站的情况，而针对已经建设好的水泵站，为了它能够正常的运行工作，我们就需要对其进行节能改造。如今对于水泵站的节能降耗是相当有必要的，因为目前水泵站的资源消耗特别大，如果按照现有的建设方法去建设水泵站，会造成更大的浪费。已经建设好的水泵站其水泵在实际的操作过程中比实际需要要多，长此以往，这种资源的浪费会越来越多，对于水泵站的循环高效利用不利。由此，对于已建设好的水泵站进行节能改造就是完全有必要的。而针对这种情况，有两种方式是比较可取的，即改变转速和切削叶轮。

如果一台水泵已经建设完成后，要想较大空间的提高其运转的速度是非常困难的，要想实现水泵的节能改造，有一个很好的方法就是改变水泵的运行工况点，将水泵运行工况点从低效区移到高效区，采用这种方式就可以起到节能的目标。而根据水泵的运行原理我们可以发现，工况点是保证水泵站正常运行的关键之一，要想提高其运行效率，达到节能的目标，就必须改变水泵的工况点，而工况点的改变又依赖于改变水泵特性曲线和管路特性曲线。改变管路特性曲线可以通过提高管网压力来调节，在此不做过多的说明。本文主要针对改变水泵特性曲线的方法来对水泵节能改造做简单的解释。

对于改变水泵的特性曲线通常有两种主要的途径，即上述所说的改变转速和切削叶轮的方法。首先是对于改变转速的方法，也就是通过改变水泵的转速，从而改变水泵的运行曲线，当水泵的管网实际所需和出水压力达到一致的时候，就可以实现节能的目标。改变转速，可以调节水泵的性能。水泵的转速改变了，水泵的工况点也会随之移动，相应的流量也会发生变化，从而也就会影响到水泵的效率，这时的压力损失也会减小。这种方法主要就是根据需水量的多少来调节水泵的运行速度，这样就可以达到节能的目的。其次是切削叶轮的方法。切削叶轮也就是传统意义上的变径，即根据所需的运行参数对水泵叶轮外径进行适当的切削，这样就能改变水泵的特性和性能，时水泵高效运转，从而达到节能的目标。切削叶轮同样也会改变水泵的性能。叶轮外径改变后会影响水泵工况点，相应的流量也会随之改变，此时的水泵运行效率也会随之改变，也没有任何的压力。这种方法主要是根据所需参数对水泵叶轮进行合适的切削，这样就可以达到节能的目标。

这两种节能方法都适用于已经建好的水泵站。不过近些年，随着变频技术的不断推广，改变转速的方法可以通过变频器来改变，但是由于设备的成本较高，同时改造的投入也相当较大，所以在现今的水泵站节能改造中或者是高压电机改造中使用的范围并不是很广。这样来看，通过改变切削叶轮的方法来实现节能的目的是目前来说比较可行的措施和手段。但是要注意降低转速不得低于它的最低值，切削叶轮也必须注意切削量不得超出规定范围。一旦改变的转速过低或者是切削的叶轮直径超过了限定范围，就无法起到节能降耗的目的了。

4 结语

在现今的水泵站的建设中，水泵站往往不能做到节能减排，造成很多的资源浪费。由于施工之前的种种差误，在建设之时总是不能完全的满足需要。针对这种情况就需要我们在施工之前就认真做好准备工作，根据夏季和冬季用水量的不同和系统供水量的变化来具体断定其水泵选择点，保证其在高效区内运行，已达到最大限度的节能降耗。同时对于已经建好的水泵站，我们也可以根据上述所说的改变转速和切削叶轮的方法来达到节能的目的，但是在施工的过程中也同样要注意不能超出其规定的范围。只有这样，才能够真正实现水泵站的节能降耗。

参考文献

[1] 朱健.建筑节能降耗改造分析及策略[J].智能建筑与城市信息，2009（7）.

[2] 李培清.多水源供水系统管网压力的控制[J].鞍山师范学院学报，2003（9）.

[3] 唐子易.供水系统可靠性分析[D].重庆大学，2011.