CN1327111A

CN1327111A - 供水工程节能方法

Info

Publication number: CN1327111A
Application number: CN 00110490
Authority: CN
Inventors: 徐景颖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-12-19

Abstract

一种供水工程节能方法,属于节能技术领域,其特点是:首先绘出不同管径组成的管网的理论概化特性曲线,然后根据城市用水量变化曲线和管网理论概化特性曲线选择水泵机组的型号和台数,最后,确定变速泵的台数。本发明使水泵机组与输配水管网在高效范围内合理配合运行,达到了节能的效果。

Description

供水工程节能方法

本发明涉及一种节能方法，尤其涉及的是一种供水工程方面节约电能的方法。

目前，城市和工业企业供水消耗的电能是比较大的，其中，自来水公司往往是用电大户之一。随着我国供水事业的发展，用水量日益增加，并且输水距离加长，因此，电能消耗也越来越大。为了节约能源，必然要考虑采用高效节能的输水设备，同时，高效节能的输水设备又必须与输配水管网的用水量和水压变化相适应，使之维持高效的工作状态。实际上，城市用水量每天每时都在变化，最大时用水量的持续时间较短，平均时和最小流量持续的时间较长。而当前供水工程设计，仅通过管网平差，采用最大日最大时的流量(Q)，保证管网中控制点的水压，计算出总的扬程(H)，以此选择和确定水泵机组型号和台数。这样的设计参数(Q、H)在水泵特性曲线H—Q图上，只是一个点为高效的，并且说明所选择的水泵机组能满足最大流量输送到管网最不利点的水压要求。当夜间用水量小时，管道流速降低，水力损失也减小，水泵工作扬程有富余，而增加了水泵吸水位至管网最不利点的几何高差，造成能量损失。还有为了减少水泵的出水量，关小水泵出水管的闸门，增加了管网的局部阻力，人为增加了水力损失。

本发明的目的是提供一种以未曾概化的管网理论特性曲线为基础来确定水泵机组的工作范围，使水泵机组与输配水管网在高效范围内合理配合运行的供水工程节能方法，以克服现有技术存在的缺陷。

本发明的具体方法如下：

1.绘出不同管径组成的管网的概化理论特性曲线。

由水力计算公式H＝Hz＋SQ²……(1)

取对数得log(H－Hz)＝logS＋2logQ……(2)

当logQ＝0时，log(H－Hz)＝logS，通过图解法确定logS，求其反对数为S值，代入公式(1)的曲线方程，管网概化理论特性曲线即能绘出，如图—1所示。

2.根据城市用水量变化曲线和管网概化理论特性曲线选择水泵机组的型号和台数。采用全日最大时流量的70％为选泵的特征流量，考虑常用离心泵性能曲线的高效段在设计流量的0.85—1.15之间，所以确定了特征流量Qp(0.85—1.15)。

3.变速泵台数的确定。全日设计水量减去定速泵和调速泵全速运行最大时的持续供水量，再减去调速泵最小用水量，其差值再除以变速泵的调节水量，调节水量是变速泵最大时流量的30％。

实施例

以黑龙江省某个城市为例：

1.绘出不同管径组成的管网的概化理论特性曲线

管网中各种不同的管径其水力计算公式是一致的，即H＝Hz＋SQ²……(1)

式中：H—总扬程(m)

Hz—水泵吸水位至管网最不利点的几何高差(包括自水头)(m)

S—管网综合阻力系数(S²/m⁵)

Q—流量(m³/S)

公式(1)中，Hz是管网控制点与水泵吸水池水位之间的高差，设计为确定的值，管道的材质、管径和管段的长度决定后，按不同管径的经济流速，通过管网平差计算，不同流量Q可以求得相应的扬程H。H－Hz＝SQ²为曲线方程。为求得综合阻力系数S值，可对水力计算公式取对数，即log(H－Hz)＝logS＋2logQ……(2)

以公式(2)中log(H－Hz)为竖轴，logQ为横轴，则logS为截距，如图—2所示。就是说，当logQ＝0时，log(H－Hz)＝logS，则S值通过管网平差确定了H、Q以后来求得。

管网平差由计算机将管网上各节点和管段的流量分配输入后，按不同管径对应的经济流速、各管段管径和水力损失值，自行达到闭合。对于一定的管网布置图，确定了控制点Hz以后，从城市用水的最小流量Q1至规划最大流量Q，依次进行平差计算(5次即可)。

H1－Hz＝SQ

H2－Hz＝SQ

H－Hz＝SQ

对于公式(3)各方程分别取对数，画出图—2的直线方程。通过图解法确定logS，求其反对数为S值，代入公式(1)的曲线方程，管网概化理论特性曲线即能绘出。

输配水管网中流量的变化，主要是用户在24小时内对供水的需求量不同而引起的，有最大用水时、平均用水和最小用水量。无论是城市和工业企业都存在用水变化曲线，该曲线表现24小时该城市用水量变化情况(如图—3)。

图中最大时用水的持续时间仅4小时左右(8：00—12：00)，如在工程设计中，水泵机组的运行只满足最大时用水在高效点工作的要求，显然使节能问题的深化受到限制。就是说当前仍按最大时用水量来选泵的设计习惯有必要提高和改进，应考虑全日大部分供水量都使机组在高效范围内运行。这就需要研究用水量变化曲线上平均每小时用水百分比4.166％(100％/24)和泵站的工作泵全部运行的最大供水时工作曲线持续时段(6：00—12：00，共6个小时)每小时的供水百分比6％之间的比例关系。如4.166/6≈70％乘以泵站最大时供水量以Qp表示(Qp＝Q最大乘以70％)为选泵的特征流量。又因为常用离心泵性能曲线的高效段一般在0.85—1.15Qp之间，所以确定了Qp以后，又合理的选用水泵机组，则全日大部分设计水量，甚至全部供水量均可处于机组的高效范围内运行。

3.确定变速泵的台数。全日设计水量减去定速泵和调速泵全速运行最大时的持续供水量，再减去调速泵最小用水量，其差值再除以变速泵的调节水量，调节水量是变速泵最大时流量的30％。

管网中流量的变化，输配水扬程也发生变化，这由管网的概化理论特性曲线可展示清楚。为使水泵机组运行适应这样的变化，应用定速泵与变速泵相配合的运行方式。当最大用水量，定速泵和变速泵全速并联运行(如图—4中A点所示)，在平均用水时和用水量减小的情况下，定速泵逐台停运，变速泵减速，并联机组与管网特性曲线上的工作点由A点沿曲线下滑到B点。这种情况一般发生在夜间，变速泵在低速的定速下运行。图—4中，曲线1为定速泵和变速泵全速并联运行的特性曲线。曲线2是变速泵在低速定速的并联曲线。两曲线之间扇形面是调速范围，调速的范围主要决定水泵和电机的综合效率η，水泵的效率在减速时一般允许降低3％—4％是出于节能的目的。这样调速机组由100％的全速，也只能降至70％—75％。根据调速规则：n_o/n＝Qo/Q，n_o、Q。为调速泵全速运行的转速与流量；n、Q为调速泵减速运行的转速与流量。其流量减少了25—30％，此值为流量调节量(30％Qo)。水泵站是由多台水泵机组配合运行，其中调速泵设置的台数是由全日流量变化范围与调速泵的流量调节值之比(Q大-Q’小)/30％Qo来确定。式中Q大为全日设计水量减去定速泵与调速泵全速运行的最大时持续供水量的差值。Q’小为调速泵按70％供水时持续供水量。

水泵机组的调速，近年来在电气方面多采用可控硅串级调速和变频调速，相应配合程控PLC自动化技术，实行自动控制。

调速的自动控制由管网控制点的自由水头Hz来执行。供水系统运行时，Hz值比原设计高了，说明管网中用水量已减少，指示变频电机应减速，使Hz保持设定值；Hz低了，说明管网用水量正在增加，指示变速电机要提高转速。在管网水压控制点安装压力表及传感器实现自动指示。管网控制点往往距泵站较远，有滞后问题，但水压波的传播速度相当于声速，对于供水行业，满足流量的变化问题不大。另外，也可以通过程控，PLC按不同时间，遵循流量变化曲线，直接指示水泵机组送出所要求的流量。

定速泵的功率为W定＝(HQ/100_η)K

调速泵的功率为W调＝(K/102_η)(HzQ＋SQ³/3)

定速泵和调速泵以相同的供水流量求得计算功率，再乘以持续时间，就可以确定调速泵和定速泵各自消耗的能量。

本发明的积极效果是：参照管网概化理论特性曲线和水泵机组综合特性曲线不同水量的工作点，就可确定定速泵和变速泵的功率的大小。如图—5所示，定速泵的功率为距形面积QH，调速泵功率则为曲线下部的面积abcdof。因为距形面积大于曲线下的面积，故明显的展示出节能的效果。

Claims

1、一种供水工程节能方法，其具体步骤是：

(1).绘出不同管径组成的管网的概化理论特性曲线。

由水力计算公式H＝Hz＋SQ²……(1)

取对数得log(H－Hz)＝logS＋2logQ……(2)

当logQ＝0时，log(H－Hz)＝logS

通过图解法确定logS，求其反对数为S值，代入公式(1)的曲线方程，管网概化理论特性曲线即能绘出。

(2).根据城市用水量变化曲线和管网概化理论特性曲线选择水泵机组的型号和台数。采用全日最大时流量的70％为选泵的特征流量，考虑常用离心泵性能曲线的高效段在设计流量的0.85－1.15之间，所以确定了特征流量Qp(0.85－1.15)。

(3).确定变速泵的台数。全日设计水量减去定速泵和调速泵全速运行最大时的持续供水量，再减去调速泵最小用水量，其差值再除以变速泵的调节水量即获得变速泵的台数。调节水量是变速泵最大时流量的30％。