长安大学 环境科学与工程学院，陕西西安 710064
摘要：在供水管网系统中，泵房的优化设计占有及其重要的地位。合理的选择定速泵及变速泵的型号和台数可以提高泵房的整体优化效果，使泵处于高效段运行，并且降低供水管网成本，节省动力费用。因此，本课题从变速泵的工作原理出发，探讨变速泵在泵站优化调度中的节能作用。
关键词：变速泵；优化调度；节能
0引言
泵站在给水系统中具有举足轻重的作用，但是泵站的运行成本确实相当地高。因此，如何提高泵站的运行效率，降低泵站的动力费用成为我们需要去解决的一个问题。如果我们能够较好地利用变速泵，是变速泵与定速泵进行优化组合（即使用混合泵站），使其在高效段进行运行，那么我们就可以最大限度的达到节能的效果。接下来我们就对混合泵站优化调度的问题进行探讨。
1 变速泵的节能原理
在工程的设计当中，水泵的选型基本上都是根据工程中最高设计流量以及所需扬程而选择的，然而在实际运行中，系统中的耗水量在不断变化，大部分时间里，系统的耗水量都小于其最高设计流量，这将会使水泵在低效率以及压力过剩的情况下工作，这样就会造成一些不必要的浪费。变速泵与定速泵相比较，之所以能够节能，是因为它的特性可以随转速的改变而改变，其流量、扬程、轴功率与转速的关系可以通过以下公式计算，即：
（1）
式中： n1、n2—水泵调速前、后的转速（r/min）；
Q1、Q2—水泵调速前、后的流量（m3/s）；
H1、H2—水泵调速前、后的水泵扬程（m）；
N1、N2—水泵调速前、后的输出轴功率（kw）。
从（1）式之中我们可以看出，若转速发生变化，则扬程会比流量更加地敏感，因此通常会用压力信号反馈来调节水泵的转速。就这样在变速调速泵中，其自动调速装置可以通过压力传感器来获得所需的压力信号，然后通过它的控制器来调节水泵的转速。当水泵接收到超压信号时，控制器将会下调水泵转速。而当水泵接收到欠压信号时，控制器就将会上调水泵转速。于是通过这种调节就可以使水泵的转速保持与管网的工况能够相匹配，同时能够让水泵在高效段工作，从而减少或消除了水泵运行时效率低下和扬程过剩的情况出现，促使泵房得到优化运行。
2 供水泵房的优化运行设计
泵房在给水系统中的主要作用就是保证供水压力，将所需的水量能够提升到所要求的高度。以给水系统的整体来看，由泵房、管网和调节构筑物等组成的输配水系统相对来说是投资最大、能耗最高的子系统。而泵房的能耗又是其中居于首要位置的。主要探讨的泵房运行优化方法是在泵房中使用变速泵，通过变速泵与定速泵的优化组合来进行供水，从而可以达到节能的目的，而变速泵的节能作用则主要体现在以下两个方面：
（1）水泵在进行调速后，由于水泵的特性曲线发生了偏移，那么工况点也就会发生相应的变化，水泵效率由此就会增高。
（2）运行过程中由于变速泵的使用会减少或者消除水泵出水扬程过剩的情况，降低泵房的能耗，提升管网以及泵房运行的可靠性。
当前，随着供水规模的扩大，给水工程中变速泵与定速泵组合供水的方式已经得到非常普遍的运用。这样做的目的既可以节能，又能降低成本。
3 变速泵与定速泵的混合供水系统运行的工况点分析
如图1所示，当管路确定之后，管路的特性曲线是固定不变的。在最大的用水时，变速泵以额定转速nr与定速泵并联工作后，合成的特性曲线（Q一H）合成与管路的特性曲线相交于A点，这时就能够满足最大用水量Qmax的要求。当用水量减小时，为了最大限度地节能，须使工况点沿管路特性曲线经B点向左下方转移。这样，就需要来改变水泵的合成特性曲线，将变速泵的转速下调至n1。由图1所示，在混合泵站供水的过程中，定速泵的运行工况在其高效区内是由左向右来移动，并逐渐地靠近其右下侧的低效工作区，供水量逐渐增大；然而变速泵的运行工况是在其高效区内由右向左来移动，并逐渐地靠近其左上侧的低效工作区，供水量逐渐减小。由此可以得出这样一个结论，若是要扩大定速泵高效率的运行范围，就应该将最大供水时的水泵的工作点，能够尽量地靠近高效段的左侧的等效曲线；另外若是想要扩大变速泵的高效率的运行范围，则须要将最大供水时的水泵以额定转速nr运转时的工作点尽量靠近其高效段的右侧等效曲线。然而如果定速泵与变速泵是同一种型号水泵的时候，这显然是一个矛盾，不能同时保证定速泵与变速泵都处于高效率运行的要求，其中若是有一台泵充分利用了高效率工作段，那么另一台则处于低效率工作段，很显然，这样是不能达到充分节能的目的的。为此，要使定速泵与变速泵都尽可能的在最大范围内保持高效运行，应该选择不同型号的变速泵与定速泵，另外我们应该将最高流量时的定速泵的工况点选择在高效段的左侧，而将变速泵的工况点选择在额定转速时的高效段的右侧。这样就可以令定速泵与变速泵能够尽可能地在最大范围内高效地运行。
4 混合泵站供水的约束条件
混合泵站除了要遵循上述选泵的原则之外，还必须要考虑其它的水泵选择的一般性原则。
（1）以最不利工况来作选泵的依据，亦即变速泵通过额定转速来与定速泵联合运行时，必须要能够满足最大用水时的流量跟扬程条件。倘若是流量减小，那么就可以通过关停水泵或者通过减小变速泵转速来适应运行工况的变化。
（2）变速泵通常情况下并不宜上调。如果水泵下调，其转速也不能太低，否则效率就会相应地下降。
（3）如果考虑变速装置，那么泵房内的水泵型号一般都不应该超过两种。同时应该按变速泵为主力泵来进行考虑，这样就可以避免定速泵频繁地启动和停止。
（4）尽量要使用大功率水泵。这是由于大功率的水泵运行效率相对较高，工作台数相对较少，这样就便于节能和管理。
5 结语
混合泵站的使用可以有效地节省管网的成本，同时提高泵站的使用效率，为此在使用混合泵站的时候需要满足其供水的各项约束条件，理清泵站优化组合的设计原理，将定速泵和变速泵都尽可能高效地运行，以此降低运行成本。
参考文献：
[1]姜乃昌.泵与泵站（第五版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：27-77.
[2]张颖，王国明.变频泵在泵站优化运行中的应用[D].安徽：合肥工业大学，2006.
[3]张晓慧.基于供水管网优化调度的系统节能分析[D].山西：太原理工大学，2012.
作者简介：
李沆（1990.07）男，河南省郑州市人，硕士研究生，专业：市政工程。
论文作者:李沆,张春生
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/4/8
标签：水泵论文; 泵站论文; 泵房论文; 转速论文; 高效论文; 工况论文; 扬程论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;