供水工程运行阶段水泵机组节能研究

连玉

湖北武汉 湖北省武汉市自来水有限公司 430000

摘要

节能和低碳经济作为一种经济和社会发展的趋势，受到了越来越多的关注。同时，节约能源也是实现国家可持续发展战略的一种有效手段，是国家在发展中必须坚持的基本方针。水利建设是国家经济发展的重要支撑，水利部门作为能源消耗大户，其节能意识日益增强，许多水利工作者都提出了“绿色水利”和“健康工程”等一系列理念。通过分析影响供水项目运行期内水泵机组能耗的主要因素，并从各种因素、管路选择、运行调节方式等方面进行了综合考虑，并给出了最佳节能措施，以达到经济、节能运行的目的。

关键词：水泵选型；优化调节；节能经济运行

引言

节约用电是国家实施可持续发展战略的一条重要措施。作为能源消耗大国，水资源日益受到人们的关注，“绿色水利”和“健康工程”等一系列理念也被水利工作者们不断地提出。水利工程是一项水资源空间和空间分布的系统工程，它对国民经济的发展具有举足轻重的地位，为工农业和人民的生活提供了水源。

一、变速调节运行

在供水工程运行过程中，水泵常常会因为各种因素偏离设计工况点工作，许多因素是在设计初期无法避免的，比如水源水位的变化,供水流量的需求变化，为了降低能耗,增加水泵高效范围，人们在泵站中使用了变频调速技术。变频调速技术的应用，在一定程度上提高了泵站的自动化运行管理能力,减少水与电的损耗,提高了泵站工作的效率。水泵最优转速的数学模型如下:

（1）确定水泵调速需求。水泵在高效区范围内工作时，一般不需要调节转速; 当效率降低或者流量扬程有较大变化的情况时，就要考虑到水泵的变速调节运行。在确定了水泵的基本额定参数后，根据变化后的扬程、流量的等参数，寻找最佳转速。

（2）变速的运用范围。变频器作为用电元件在工作时产生能量消耗，有--些变频器在使用过程中损耗的能量远远大于其变速后对水泵机组所减小的能量损耗,对于这样的情况，我们在使用时应该具体考虑变速的运用价值，在保证安全环保的情况下，弃水与节流调节也可以作为变速调节的备选方案，以减少不必要的能量损失。

（3）转速变化范围。在对离心泵进行转速变化时，应考虑其特点进行合理调速,转速n 一般不低于额定转速的60%，在考虑汽蚀等因素的前提下，转速不能超过额定转速的5%，但在实际工作中，水泵的最高转速不允许超过额定转速。

二、变径调节运行

在运行中，由于供水、生产、生活等方面的原因，某些泵站在设计参数条件下不能正常工作，流量、扬程等都会发生变化。鉴于此，泵在今后一段时间内将会在很长一段时间内脱离高效区，因此，可以通过对泵叶轮进行车削，调整其外径，将其工作状态恢复到更高的工作状态，从而达到节能、降低运营费用的目的。在建立车削计算模型时，考虑到车削时车削量很少，因此，我们可以近似地假定，在车削前后，叶轮的出水面积和叶轮出口的角度与原水泵的位置、出水速度四边形也与原水泵相似，可得到水泵车削后数学模型计算公式如下:

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应该注意的是，由于车削前后叶轮出口并不完全相似,运用以上公式计算出的车削量会有一定的误差，车削后的效率也有一定下降，研究人员通过实验测得了车削系数K的修正值与实际效率下降值。

表1 叶轮车削修正系数

比转速		100	150	200	250	300
理论车削量	70%	0.072	0.791	0.808	0.822	0.834
	80%	0.850	0.864	0.875	0.884	0.892
	90%	0.926	0.933	0.938	0.944	0.948
	100%	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0

表2 水泵最大允许车削值与效率下降值

叶轮比转速	60	120	200	300	350	＞350
允许车削量（%）	20	15	11	9	7	0
效率下降值	每车削10%下降1%		每车削4%下降1%

三、更换合理水泵

当水泵在尝试其它调整方式后，仍无法在有效区域内正常工作，并且存在很大偏差时，可考虑再选用水泵进行改造，该方案适合水泵参数大幅度改变，水泵磨损老化严重，更换后的水泵效率将得到显著提高，从而达到节能的目的。为了改善泵站的效率，需要考虑下列问题。第--，给水系统应当与新的水泵配合，以及管道的改建数量是否经济。第二个问题是，新版本能否适应后期更长时期的需要，若短期内满足，就不太经济和合理。第三，如果水泵置换费用太高，应充分论证该方案的可行性。

综上所述，采用抽油机进行节能改造是一项难度大、时间长、投资大的工程，不宜采用此方法，应在设计阶段进行充分的论证，以防止因工作参数的改变而发生的更换。

四、制定合理的运行方案

在泵站运行过程中，合理的运行调度方案是工程安全经济运行的保证，作为泵站工作人员的操作守则，其良好的制定与运用关系到泵站的安全节能的优劣。以下是某供水工程设计报告中所制定的水泵运行方案,在保证下游需水的情况下，合理安排水泵的运行与停止时间，保证的能源的合理使用，减少不必要的浪费。

表3 某供水工程运行方案表

本项目在节能运行的最优调控工作中取得了良好的效果。在项目实施期间，根据现场实际情况，采用调整进水口扬程的方法，使下游泵站的转速保持恒定，从而降低了变频器的使用率。在新的运行计划下，五座泵站的单位水量消耗在2.06 kWh/m'，与2009-2011年相比，新的操作模式在主干线向南方主干供水时，节约了0.129 kWh/m'，节约了5.9%；主干线在北线供水时，平均节约电能0.059 kWh/m'，节约4.9%。根据一期工程每年对太原的三亿两千万立方米的水量，新的运行模式可以节省4128万千瓦时的电能，为管理局节省了3100多万元的电费。

从上述实例可以看出，合理的操作模式是非常关键的，在选择时，要综合考虑泵站的工况，并对多种方案进行比较和分析，最后采用试验操作，得出最优、最经济、最省电的方案。

五、新能源新技术的利用

（一）对新能源的探索

为了实现节能和减少排放，人们开始重视新能源，除了常规水力发电、煤炭发电、汽柴油发电外，人们开始探索太阳能、风能、潮汐能、核能等新能源，并取得了较好的阶段性成果。随着光电设备的不断更新和升级，越来越多的人开始使用太阳能。在大型供水项目中，抽水机组的电力负荷很大，因此必须依靠高压电网来提供电力，而目前的电力系统还不能满足电力的需求。而在日照充足的区域，采用太阳能板作为能源，可以在一定程度上降低泵站的能源消耗，实现节能降耗。

（二）对新供水技术的探索

在探索新能源的同时，新的供水技术也在不断地被应用。水锤泵是一种省电、省电的提水设备，它是通过在高速运行状态下，通过急速刹车而产生的强大水锤作用，将低端的水提升到更高的位置，在极小的水位下，可以将水位上升到数十米的高度，实现水的空间转换，是一种新型的节水提水方法。

结语

水利水电建设是一项建设规模较大、能耗较高的工程，其设计和运行中的节能问题应该引起人们的广泛关注。文章通过对抽水系统各要素的分析，着重分析了影响系统节能优化的主要因素，提出了合理确定大型给水系统的设计调整方案的思想和方法，为设计工作者提供了新的思路和途径。

参考文献

[1]侯秀丽,张雪,蒋福春,胡翔,吴向志,王冬生.水厂取水泵组优化调度设计[J].给水排水.2020(08)

[2]杨亚辉,许国峰,王旭旦,曹横亮.恒压供水系统节能挖潜与实践[J].冶金动力.2019(10)

作者简介：连玉（1977.10-），女，汉族，湖北武汉，本科，助理工程师，主要研究方向：给水排水管理