城市给水泵站全变频变压流量运行控制优化研究

引 言
随着 国家科 技 自动化 水平 日益提 高， 给水泵站在城市生活 中 也得到 了着长足 的发展 。 给水泵站 的主要任务是保障城市居 民的 基本用水 ，这就需要给水泵站处于无间断连 续工作。而 由于居 民 用水情况是处于波动 的， 给水泵站不可能一直处于理想 的工作环 境， 因此必须根据居 民用水情况 ， 实现对给水泵 站流量运行控制 ， 从而有效提升给水泵站运行效率 、降低功耗 。 影响城市给水泵站运行效率 的因素 （ 一 ）泵机 的选择 在泵站运行过程 中，因为水泵 的运行效率等于水力效率 、泵 的容积 效率 以及机械效率三者的乘积， 因此水 泵本 身的运行 效率 决定了整个泵站运行效率 。 如果在设计之初 ， 选用 的水泵质 量不 合格 ，就会导致水泵 的叶轮受到汽蚀情况就会加重 ，同时如果水 泵 的密封环 在制造 的时候 出现 间隙过大或 者过小都会 降低水泵 的工作效率 以及 使用 寿命 。 （ 二 ）水 泵 叶 片 的振 动 为 了更好地使泵机运行特 性得 以提 高， 因此泵机转子部分 的 直径远远小于泵机 叶轮 叶片的直径 ， 这就导致 了泵机产生 的不平 衡质量 以及惯性力矩都集 中在 叶轮 叶片上 ， 因此在设计 的时候叶 轮叶片一般设计成对称结构 。 但 是 由于叶片的制造 误差，一般情 况下叶轮叶片很难做到完全对称 ， 再加上有时泵机要进行高速运 转， 这就造成 了巨大的惯性 力矩 。惯性力矩传递到叶片上 以及 曲 轴 上都会造成泵机振动过大 。 （ 三 ）泵机 内部缺少润滑 由于泵机的运行特性 ，导致泵机 的工作不是完全 固定 的，很 多时候泵机 采用 的是单 曲轴进行 机械运转 。而通过 机械原理可 知 ，单 曲轴运动过程 中会产生死 点，并且在死 点附近 曲轴运 行不 平稳 ，能量损失较大 。而泵机 内部 的旋转机械在长期 的运转过程 中，缺少润滑会导致旋转机械之 间的剧烈摩擦 ， 这种摩擦不仅仅 损害 了机械设备 ，同时也会造成水泵 的效率大大 降低 。 二、前期 的管道及水泵设计优 化 （ 一 ）压 力 水 管 道 优 化 在压 力水管 设计 中要保 证管道本 身及其接 头的强度及 密封 性能可靠 ； 保 证压 力管道引起 的能量消耗及投 资最 小；保证泵站 正常运行时压力水管道稳定 ； 在 向管道 内充水或泄空过程中保证 介质能 自由出入压力水管道 内； 当管道突然破裂后保证泵房的安 全；能够在检修时放空管道 ，保证检修工作顺利进行；在压力水 管的材料选择方面， 要保证压力水管水循环压力损失小 、 能耗低 ， 确保 水泵在各种情况下，均 能按照标准工况运行 ，从而降低压力 水 管的维保费用；满足泵站不 同用水要求 ，保证 在不同的水管压 力条件 下能通 过对 应的设计流量； 确保 管道在较 为恶劣 的环境 因 素影 响之 下，均 能独立 自主运行 ，不会产 生位移变化 、水击破坏 以及滑移等现象 的发生；水管材料要便于运输、检修、安装 、维 护和管理 ，保证压 力水 管检修顺利 。 （ 二 ）管道 的连接 安装方式 管道连接长采用 的是柔性安装与 刚性安装 。 柔性安装在进行 管道连接时 ， 在接 口处加放橡胶密封圈或者是弹性垫片来提高安 装的弹性 ，降低过大 的载荷对于 管道 的冲击 。对于水泵和动力机 的均 高于校核洪水位的泵站来说 ， 为了降低 冲击 应力 以及 温度应 力 的影响，一般采取柔性 的连接方式对于 穿墙管进行连接 。保证 安装后 的穿墙管道 能够 自由伸缩， 能有 效地对抗冲击载荷 以及温 度应力 ； 管道在进行连接 的时候要充分考虑 到螺纹连接和法兰连 接这两种连接方式 的异 同点。螺纹连接 比较简单 ， 通 过管螺纹进 行连接再配合 生料 带密封就 可以达 到较好 的密 闭效果， 在进行 管 螺纹连接 时掌握螺纹松 紧度 ， 用手进行预紧 的时候要将管螺纹拧
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紧后要保证 管螺纹 有一定的活动量。 在 二次拧 紧的时候采用活动 扳 手拧 紧的时候 要注 意预 紧力大小， 不能够 因为过 分拧 紧而导致 螺 纹损坏 。如果有条件的话可 以采用力矩扳手进行拧紧 ，这样就 保 证预紧力 大小满足要 求 。螺纹 连接后应清 除外 露油麻和 生料 带 ，对于容 易腐蚀 的管道应该进行 防腐 处理 。 （ 三 ）管道支撑方式 镇墩是用来固定压力水管的，按照结构类型分为封 闭式镇墩和 敞开式镇墩 。敞开式镇墩便于检修 ，但是由于敞开式结构受外界影 响较大 ，容易导致管壁受力不均匀 ，因此该结构多用于低载荷的压 力水管固定 ；封 闭式镇墩结构较为简单 ，是外界影响较 小，但是不 易检修。镇墩是依靠 自身重力来维持本身稳定的结构，因此其设计 要求 以及内容与其他重力式结构基本相 同，也就是需要计算极限情 况下镇墩结构的抗滑和抗倾复稳定性、地基 的稳定性。在实际 隋况 中，所有的不利极限隋况一般不会同时发生 ，因此应参照水泵不同 运行情况进行镇墩结构负载组合 ，保证镇墩的强度 以及稳定性能够 应对最不利的情况。泵机的正常设计是按照运行平稳、正常停机 以 及突发停机这三种情况进行载荷分析，将温度变化以及各种摩擦阻 力考虑进去，从而保证设计能够使得泵机达到最佳的运行状态。 三 、城市给水泵站全 变频 变压 流量运行 调节措施 优化 （ 一 ）通过 中间偶合器实现调速 该方 法下 电动机 转速并 不会发 生变化 ，而 是通过 中间耦合 器 ，实现对于水泵转速的控制 ，常见 的是液力偶合器 。液力偶合 器是一种液压传动机械设备 ， 通过连接 电机与水泵之 间的能量交 换 ，实现液压 油的液压 能与机械 能之 间的转动，进而达到控制不 同水泵转速的要求 。由于该方法属 于机械控制 ，因此其适用范 围 较广，且控制较为稳定，水泵运 行可靠，也便于维修人员进行定 期的维修。该方法存在 的主要 问题主要是无功损耗过大 ，水泵转 速 较高时整 体效率较 高， 当水泵转速下降后 ， 整体效率直线 下滑 。 为了提 升水 泵的综合 效率，多采用热 回收措施 ， 通 过将 油温 的冷 却热量进行 再利用 ，从而 有效 提升整体效能。 （ 二 ）调节 电动机本 身转速 通过调节交流 电源 的频率 、 电动机 的极对数 以及 电动机运行 的转差率可 以实现对于 电动机 的调速 。电动机调速分为两种 ， 一 种是调节 同步转速 ， 改变交流 电源的频率或者 电动机 的极对数来 改变 电动机 的转速 ，其 中改变交流 电源 的频率成称 为变频 调速 ， 改变 电动机 的极对数称为变极调速 ；另外一种是调节转差率 ， 此 方法对用于异步 电机 ， 通过调节 电动机定子 电压改变 串入绕线式 电机转子 电路的 附加 电阻值等 。 结语：给水泵站作为生产过程中非常重要的设备，对于国家的 科技 自动化、现代工业水平发展等有着重要的作用 。通过不断优化 全变频变压流量运行控制，可以改善现有的调频工艺，将阀门节流 损失减ｄ ， Ｎ最低，从而提高给水泵站 的供水质量 ，有效避免因为通 过阀门控制使泵过多偏离额定工作区带来的机械振动，保持给水泵 站处于一个正常稳定 的运行状态 ，提 高运行效率及节能能力。 参考 文献：
城 市 给水泵站全 变频 变压 流量 运行控制 优化研 究
张
（ 沙坡 头区南摘 要：当前城 市给水泵站多采用变频调速 方式进行流量以及 出口压力的控制 ，但是 由于变频器成本较 高，实际操作 中多采用一 台变速 泵与多 台定速泵配合使用的方式，流量运行控制 的方 式为开停机调 节与变频调速相 结合 。本文就 当前城－ ｑ￣－ ｚ Ｋ 泵站全变频变压 流量运行控 制进行探 讨 ，旨在为提 升给水泵站运 行效率提 供参考。 关键 词：城 市给 水泵站；全变频变压 流量