节能优化设计在水利泵站中的作用研究

2022-07-26印丽娟陈双圆江如春

水利科学与寒区工程 2022年6期

印丽娟,陈双圆,胡曦,江如春

(江都水利工程管理处，江苏扬州 225200)

近年来,我国经济的高速发展离不开水利工程的建设，水利泵站不仅承担着各地居民的供水调水任务，还承担着农业灌溉和洪涝排水的责任，可以说其是一项具有较高综合性的工程[1]。我国水利泵站无论是数量还是规模都远超世界其他国家，但由于管理模式陈旧，技术不够先进成熟，因此我国各地水利泵站都存在运行效率低效和资源浪费严重等问题。

1 我国水利泵站目前的能耗分析

对于我国各地城镇地区来说，水利泵站是为各区域运输水资源的重要组成，也是保证城镇居民用水、有效利用水资源的必要条件。在水利泵站的日常运行之中，其耗能类型可以大致分为直接能耗和间接能耗两种，随着近年来节能减排理念在国内各行各业的不断渗入，目前也有将水利泵站能耗分为不必要能耗和必要能耗这两种类型[2]。通常情况会将水利泵站在抽水过程中产生的能源消耗视作直接能耗，也是必要能耗。而在建设水利泵站的过程中，需要投入使用到水泥、钢材等辅助材料设备，因此一般将建设过程由辅助建设设备、材料所产生的能源消耗视作间接能耗。间接能耗在大部分水利泵站中占据的能耗比例非常大，因此在思考如何进行节能优化的时候主要是针对这部分能耗进行设计，也是整个水利泵站节能优化设计中最为关键的部分[3]。除了直接能耗和间接能耗之外，水利泵站在运行的过程中所产生的必要能耗和不必要能耗也存在明显的不同，水利泵站的运行目的是为了将存储的水资源运输给需要供水的区域，因此在整个水资源的运输期间必然会产生大量的能量消耗，而由于这些必要能耗是不能避免且不能节省的，所以对水利泵站进行节能优化设计主要还是需要从不必要能耗入手。

2 水利泵站节能优化设计分析

对于水利泵站的节能优化设计，需要水利泵站前期的设计建设、中后期的投入使用实际情况，了解水利泵站在正常运行的各个流程之中产生的能耗具体原因，并根据不必要能耗产生的因素进行优化改进，从而实现整个水利泵站的节能降耗目的。

2.1 合理选择水泵设备

水泵设备选择工作是水利泵站前期建设重要组成部分，水泵设备的优劣也会直接影响到水利泵站前期建设所消耗的能源，而水泵设备有很多种类，因此前期对于其选择是否合理决定了后期水利泵站节能优化措施能否顺利开展[4]。关于水泵设备的选择可从以下几点进行：

(1)根据设备的介质特性选择。主要考虑到设备的腐蚀性、黏度等性质是否与水利泵站建设作业实际情况相符合。

(2)根据管道系数。在所有水利泵站安装水泵设备时，管道系数的数据选择对于安装水泵设备极具参考意义，因此在选择水泵设备之前一定需要安排专员对管道系数数据进行全面的检测，主要的检测内容需要包括管道的长度、口径以及附件种类、数目[5]。

(3)根据动力源选择合适的驱动动力。

(4)根据流量选择。在水利泵站的生产过程中，一般相关技术人员会给出整个水利泵站的最小、最大以及正常的流量，但在前期的水泵设备选择时我们需要以最大流量进行考虑，如果技术人员只给出了正常流量，那么就需要在这个正常流量的基础上增加一定流量进行选择。

另外针对一级泵站和二级泵站的水泵选择也会有所区别，在选择一级泵站的水泵时需要根据设计流量公式(1)：

Qr=αQd/T

(1)

式中：Qr为一级泵站中水泵所供给的流量，m3/h；α为灌溉系数；Q为设计流量，m3/h；d为实际天数，d；T为灌水周期，h。

计算出整个水泵的扬程，然后依次分别确定洪水位、常水位以及枯水位对应的水流量。而在选择二级泵站时则需要根据最高日最高时流量Qh进行设计，在设计水泵扬程时还需要按照最小自由水压的计算公式进行计算确定，同时还要充分考虑到二级泵站的分级供水，根据水利泵站的最大逐日用水变化曲线拟定各级泵站供水量。针对初步选择出来的水泵需要进行工况校对，联合水利泵站所使用的管路特性曲线来求出当下水利泵站的工况，求出的工况需要满足水利泵站在后续各个阶段都处于一个高效运转状态，最后在核实其在最小和最大扬程下是否能够安全运行。

2.2 优化给水泵站的系统设计分析

在前期对水利泵站进行系统设计时，各地相关部门通常会选择承包给专业的单位进行完成。而水利泵站系统设计工作的水平会直接影响后期整个水利泵站能否顺利运行，水利泵站系统的设计包括了安装作业、位置选择以及安装方式等。如果后期在安装设备时没有按照预先制定的要求进行，那么水利泵站在后期的投入使用中必然会出现连锁反应，常见的比如零部件磨损、设备损害严重等[6]。若现在这个系统设计阶段降低整个水利泵站的能耗，那么就必须要严格控制填料，尤其注意避免轴承与填料之间出现的摩擦情况，因为两种部件发生摩擦会产生大量的不必要能耗。为了减少这类能耗，可采取加入适量水滴的方式来进行节能优化。

2.3 利用周围的绿色景观增加水利泵站所在河道的蓄洪能力

在前期对水利泵站的防汛墙进行设计建设工作时，在条件允许的前提下尽量选择直立式结构形式，这样可以有效缩减整个水利泵站的占地面积，这样一来就可以在水利泵站的两侧布置合理大小的绿化带，不仅可以提高整个水利泵站所在河道的蓄洪能力，还可以满足新时代对各类水利工程建设的生态要求[7]。在对排水系统进行设计时，可以将水利泵站所在的整个区域进行划分，根据划分区域的排水情况将其汇集到一级水利泵站之中，然后经一级水利泵站将这些水资源排到二级排水河道内，最后经二级排水河道将水排出到整个水利泵站所在区域之外，以此实现节能效果。

3 优化水利泵站节能设计措施

3.1 优化水泵况点

不同的水泵之间的性能曲线也会有所区别，而水利泵站的性能曲线需要在其转速达到一定程度后体现出来，因此不同转速的水利泵站所展现出的性能曲线也是不一样的。目前我国水利泵站进行水泵况点调节主要可从两方面进行，其一是利用水利泵站的性能曲线，结合水利泵站运转的转速、叶片角度进行控制。其二是可利用管路的特性曲线，而目前水利泵站中的管路特性曲线主要是取决于其旁通阀和管阀，因此对管路进行调节的时候主要是对其中具体的管道阀进行设置，从而实现对整个水泵况点的调节[8]。由于我国各地所使用到的水泵类型不同，因此具体的调节措施需要根据各地区水泵运行的实际情况，并结合水泵特性进行优化。但调节水泵况点的原则都一样，那就是需要尽可能地结合其性能曲线，保障整个水泵可以正常作业，同时还能够起到节能的效果。针对目前我国各地采用的两种水泵种类，将其调节措施分类概括如表1所示。

表1 不同类型水泵调节方式

3.2 规范水利泵站管理，提升管理水平

在水利泵站的日常工作过程中，除了可从设备选择和工艺优化上对其实施节能减排，还可以从其管理水平上来提升整个水利泵站的运行效率，以此实现节能的目的。而为了更好地对水利泵站进行管理，就需要先对水利泵站的具体运行状况进行全面调查，针对水利泵站在运转过程中存在的具体问题在第一时间采取措施进行应对，以此来不断提高水利泵站的运行效率。并且每次在处理问题之后需要对造成问题的根本原因进行了解，避免今后再一次出现同样的问题。水利泵站管理人员应该在日常管理工作中做好相关记录工作，并对水利泵站的运行情况进行存档，尤其是每次水利泵站出现问题时，一定要将问题所在详细记录下来，以此为后续持续改进优化管理措施提供依据。

3.3 及时更换新的水泵

水利泵站运行效率的关键在于水泵的效率，虽然通过不同调节方式可以改善水泵的运行效率，但由于水泵在运行过程中会产生磨损和消耗，比如其叶轮经过长时间的转动后会出现汽蚀现象，加上水泵本身会受到水流的冲刷产生一定损坏，因此如果长期使用一个水泵不更换的话会影响其运转效率。因此在水泵的日常运转过程中不仅需要定期投入资金对其进行检修和维护，还需要观察其性能是否已经受到严重损害无法修护，及时对其进行更换处理才能使得整个水利泵站工作高效运行。