水厂取水泵站工程设计及优化运行研究

摘要：现阶段，取水泵站的数量持续增加，可在确保水利工程长期、稳定运行方面发挥重要作用。文章以水厂取水泵站为研究对象，在对其运行情况进行简要说明的基础上，从环保节能的角度出发，围绕相关工作的设计策略和优化要点展开了讨论，内容涉及取水泵站设计、节能改造、切削叶轮和提升转速等方面，供相关人员参考。

关键词：优化设计;节能改造;水厂取水泵站

前言：近几年，水利工程的建设速度持续提升，大量水厂选择对泵站进行建设。泵站建设的重点是以现场情况为依据，对取水泵房，进水间、出水闸门等进行分建或合建，确保枯水期的水泵可发挥充分吸水的作用，并有效解决丰水期水泵被淹没的问题。要想使其优势得到发挥，关键是要有合理且科学的设计方案提供支持，围绕设计优化相关工作展开讨论，其现实意义自然不言而喻。

1水厂泵站的运行情况

结合水厂内部泵站的实际运行状况可知，对施工方案进行设计时，有关人员仍有亟待解决的问题存在。除特殊情况外，有关人员均会将净水构筑物实际用水量作为主要设计依据，但是，当泵站投入使用后，对水流量加以衡量的标准，通常是枯水位对应高差，如果水厂所在地区的季节和气候变化较为明显，供水量及水源水位均会发生一定程度的变化。

研究结果表明，丰水期通常在每年的7月～9月，在此期间无论是绿化用水、工业用水还是生活用水，其用量均有所增加，这也表明供水量最大的季节为夏季，反之，冬季供水量将出现明显减少，由此可证，枯水位和最大供水量往往出现在不同时期。此外，取水泵站头部的水位普遍十分稳定，但河水对应水位通常较设计水位略高，由此而带来的问题，主要是水泵运行效率难以提高，在对取水泵站进行优化设计时，有关人员应对此引起重视[1]。

2取水泵站的设计与优化要点

2.1设计方案

我国多数地区均存在较大的季节差异，水厂在设计水泵站时，通常要对以下内容加以考虑：如果取水泵站供水量无明显变化且水源水位相对稳定，其需水量和扬程坐标往往处于不断变化的状态。随着季节的更替，需水量有所增加，净扬程则呈现出减少趋势，此时，坐标点会沿弧线DFE匀速移动，弧线和对应直线所形成纵轴差的最大值，通常与平均流量以及水位重合（如图1所示）。

此外，处于运行状态的水泵，仅凭借单台水泵，通常无法对扬程、流量变化范围进行完全覆盖，为解决以上问题，设计人员决定对水厂内部现有水泵进行联合，确保水泵具备长期、稳定运行的条件。水泵联合对应特性曲线见图2。并联条件所产生积极影响，主要是确保高效区扬程无明显变化存在，曲线QH可随着水泵流量的增加而变得更加平缓，在水量频繁变化的地区，水厂可对上述系统设计方法进行借鉴。在高效区流量固定的前提下，QH曲线将随着扬程范围的更改而变得更加陡峭，该系统更适合被运用在水位频繁变化的地区，其优越性有目共睹[2]。

2.2设计要点

2.2.1流量及扬程设计

无论是水泵初始流程及扬程，还是在运行状态下，其流量及扬程的变化范围，均要以供水系统所提出要求为依据进行设定。

（1）流量设计

对泵房进行设计时，设计人员既要保证其能够满足流量最大时的扬程，又要对特殊工况加以考虑，例如，经常供水流量所对应水泵效率。

（2）扬程设计

由取水泵房向净水厂输水时，水泵的扬程为：

在该公式中，代表水泵基准面和水源水位最低值对应的几何高度。代表净水构筑物和水泵基准面对应的几何高度。代表吸水总水头损失。代表输水总水头损失。对扬程进行计算时，设计人员应提前预留1m～2m的富裕水头。

向管网进行送水时，水泵的扬程为：

在该公式中，代表水泵基准面和吸水最低水位对应的几何高差。代表压力控制点和水泵基准面对应的几何高差。代表自由水头。

2.2.2初选泵设计

泵的种类繁多，性能范围广泛，在选择水泵时，设计人员既要考虑流量及扬程，还要考虑变化规律。为保证水泵性能符合项目要求，设计人员提出对水泵高效段进行充分利用的建议，此外，以下内容同样需要引起重视：一是做到大小兼顾、灵活调配;二是保证水泵型号齐全，各水泵间互为备用;三是结合泵站规模，判断是否需要对现有选泵方案进行比较。一般来说，中型、大型泵站需要对比选泵方案。

2.2.3吸水管路设计

本项目对吸水管路所提出要求，主要是进口不吸气，安装过程不积气，连接处不漏气。若管径未达到250mm，流速以1m/s～1.2m/s为宜，如果管径超过250mm，流速可酌情调整至1.2m/s～1.4m/s。

2.3优化要点

2.3.1節能改造

在强调持续发展与科学发展的当下，如何确保水利工程按照既定方向和路线前进，自然成为人们关注的焦点。对水利工程而言，持续发展的关键是有高效取水泵站提供支持，这就要求各水厂将改造现有水泵的工作提上日程，通过改变工况点或改变其特性曲线的方式，使取水泵站更具节能性，以此来达到节能改造的目的。

2.3.2水泵切削叶轮

在科技持续发展的背景下，变频技术被频繁应用在各个领域，但利用变频技术调整水泵转速，通常要投入较多资金，除特殊情况外，均可选择切削叶轮的方法，有关人员应对此有所了解。

事实证明，对叶轮进行切削，在节能方面所取得效果往往十分明显。对取水泵站而言，切削叶轮的重点是更改叶轮外径，在保证外径参数符合水泵运行要求的基础上，为水泵运行状态的优化提供支持，随着水泵转速的提升，节能效果自然更加接近预期水平。各地区水厂所建造取水泵站，均可采取该方法对水泵运行效率进行优化。

2.3.3水泵运行转速

结合水厂现有取水泵站运行状态可知，对其进行节能改造很有必要。一方面，取水泵站要消耗大量资源才能维持正常运行，由此而带来的问题，主要是资源浪费，只有利用切实可行的方法，对其进行相应的节能改造，才能使资源得到充分利用。由于取水泵站已投入使用，提升其转速的难度较大，设计人员在对多方因素加以考虑后，最终决定对运行工况点进行调整，通过将其从低效区转移至高效区的方式，使节能改造效果达到预期。

工况点对取水泵站运行具有重要意义，其工作效率往往决定着取水泵站的效率，调整工况点的工作往往无法一蹴而就，而是要求对管路、水泵对应特性曲线加以改变。在开展此项工作时，有关人员可酌情选择上文提到的切削叶轮或是改变转速的方法，通过提升转速，使运行曲线得到相应的调整，随着管网需求和出水压力间所存在差距逐渐缩小，水泵节能效果将变得更加明显。

结论：综上，水厂所存在问题主要是节能减排的效果并不理想，导致资源被大量浪费，与当今社会所倡导持续发展观念不符。对取水泵站进行施工时，通常无法做到完全复刻设计方案，致使这一情况出现的原因较多，这也给设计工作提出了全新的要求，即：对取水泵站进行施工前，有关人员应结合前期考察所掌握资料，在节能理念的指导下，对施工方案进行科学设计，确保误差得到有效控制，为取水泵站所具有功能的发挥助力。

参考文献：

[1]邓波，年夫喜，李彦军，等.仙桃大垸子泵站流道水力优化设计与研究[J].中国农村水利水电，2019，No.436（02）：177-181.

[2]龚志浩，程吉林，杨树滩，等.山湖水库“一库两站”联合运行优化调度方法[J].排灌机械工程学报，2019，037（002）：124-129.

作者简介：

李艳（1985.02——），女，汉族，籍贯：山东省，职称：中级给排水工程师，学历：本科，研究方向：给排水工程。