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廣一水泵聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例
在城市供水系統(tǒng)中，直接向管網(wǎng)送水的泵站一般采用多臺(tái)水泵聯(lián)合工作，通過(guò)泵站出水管上的公共節(jié)點(diǎn)向管網(wǎng)送水。泵站內(nèi)各水泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)工況必須滿足公共節(jié)點(diǎn)處即管網(wǎng)中用戶的水量、揚(yáng)程要求。為滿足管網(wǎng)的水量、揚(yáng)程要求，要以電耗最低為目標(biāo)，調(diào)節(jié)泵站內(nèi)水泵轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速越小，其電能消耗越少，水泵調(diào)節(jié)范圍應(yīng)在最小轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之間，但實(shí)際運(yùn)行中，轉(zhuǎn)速較小時(shí)的水泵工作效率反而降低。為保證水泵工作效率，實(shí)際運(yùn)行中可取水泵額定nH轉(zhuǎn)速的40％o
當(dāng)泵站多臺(tái)水泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，考慮投資、運(yùn)行管理等因素，一般只對(duì)其中幾臺(tái)水泵進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，可利用計(jì)算機(jī)求出電耗最低時(shí)水泵聯(lián)合運(yùn)行的優(yōu)化組合方式。假定泵站內(nèi)有多臺(tái)同型號(hào)水泵聯(lián)合工作，對(duì)其中b臺(tái)進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，組成M—b臺(tái)恒速水泵和b臺(tái)調(diào)速水泵聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)。現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)在滿足管網(wǎng)流量和揚(yáng)程的需求下，計(jì)算確定調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速和多臺(tái)運(yùn)行的運(yùn)行工況。
設(shè)管網(wǎng)所需水量Q和壓力日G，此時(shí)恒速水泵供水量Q，及單臺(tái)恒速水泵的流量Qn為：
式中風(fēng)為閉閘啟動(dòng)時(shí)水泵揚(yáng)程；風(fēng)為管網(wǎng)壓力；So為水泵阻耗。
根據(jù)多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行流量疊加原理，b臺(tái)調(diào)速水泵供水量QT及每臺(tái)供水量QT為：
泵站功率消耗為(M—b)臺(tái)恒速水泵與b臺(tái)調(diào)速水泵運(yùn)行功率消耗之和。
以上公式為多臺(tái)水泵聯(lián)合運(yùn)行的優(yōu)化模型。在泵站實(shí)際運(yùn)行中，可按上述理論，以功率消耗N為目標(biāo)函數(shù)，以管網(wǎng)某時(shí)段的需水量、壓力和水泵允許的調(diào)速范圍為約束條件，編制和相應(yīng)計(jì)算程序，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算出功率消耗最低時(shí)的水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)和需調(diào)速水泵的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)。
廣一水泵實(shí)例：
廣一水泵公司下屬一水泵站，有3臺(tái)12sh-6型水泵聯(lián)合運(yùn)行，銘牌參數(shù)為n=1470r／min，Q=164—260L／s，H=98.82m，電動(dòng)機(jī)功率300Kw.其運(yùn)行方式有三種組合：?jiǎn)伪眠\(yùn)行、兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行、三臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行。該泵站地面標(biāo)高約50m左右，建成初期負(fù)責(zé)向高地形區(qū)供水，揚(yáng)程需求較高，后在其供水范圍內(nèi)標(biāo)高104m處建成5萬(wàn)矗／d的地面水廠，共同向該區(qū)域供水。由于高地形位置上的地面水廠運(yùn)行，該泵站實(shí)際出廠揚(yáng)程經(jīng)常低于70m，因此不得不采用閘閥調(diào)節(jié)控制出廠揚(yáng)程，以滿足管網(wǎng)實(shí)際揚(yáng)程需求，泵的工作壓力經(jīng)常高于出廠壓力，能量消費(fèi)很大。該泵站每晚24：00至次日05：00之間，運(yùn)行情況大致是兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，供水量約370L／s，出廠揚(yáng)程約67m，另一臺(tái)的流量185L／s，揚(yáng)程約89m0兩臺(tái)水泵功率消耗約460kW。此時(shí)單泵盡管在其高效率段運(yùn)行，但是約有22m的揚(yáng)程損失在閘門調(diào)節(jié)中，運(yùn)行極不經(jīng)濟(jì)，也增加了水泵的磨損。
根據(jù)以上建立的多臺(tái)水泵聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化模型，采用兩臺(tái)變速水泵優(yōu)化運(yùn)行，求得滿足上述管網(wǎng)水量、壓力需求且泵站運(yùn)行電耗最低時(shí)水泵運(yùn)行組合和需變速調(diào)節(jié)水泵的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。查水泵樣本和計(jì)算可得12SH-6型水泵的有關(guān)基本參數(shù)：Ho=108．572m，So=393.082，A=92．0，B=3.012，口=0．7530將上述參數(shù)值和實(shí)例中管網(wǎng)某時(shí)段所需的水量、壓力值輸入計(jì)算機(jī)，運(yùn)用所編程序計(jì)算，得出以下數(shù)據(jù)：①兩臺(tái)水泵調(diào)速運(yùn)行可滿足管網(wǎng)某時(shí)段的水量、壓力需求；②每臺(tái)水泵運(yùn)行工況Q=184．65L／s，H=66．83m；③水泵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，I=1264r／rain；④兩臺(tái)泵功率消耗N=335．1kW。根據(jù)上述兩種工作狀況比較可知，兩臺(tái)水泵調(diào)速運(yùn)行比恒聯(lián)合運(yùn)行時(shí)節(jié)電約27％，節(jié)能效果顯著。
根據(jù)該泵站的實(shí)際供水曲線，利用本文建立的優(yōu)化模型進(jìn)行連續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，年節(jié)約電量約可達(dá)22×104Kw.h。
廣一水泵結(jié)論
(1)利用水泵調(diào)速，可優(yōu)化水泵運(yùn)行，避免了閘閥節(jié)流降壓，使水泵耗用電能相應(yīng)減小，節(jié)能效果顯著。
(2)按本文建立的多水泵聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化模型，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算最低電耗時(shí)水泵運(yùn)行組合和水泵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可應(yīng)用于泵站24h供水變化，實(shí)現(xiàn)泵站24h連續(xù)優(yōu)化運(yùn)行設(shè)計(jì)，并為利用送水管道的壓力和流量，作為自控的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行自動(dòng)化控制提供了新的思路和方法。
(3)通過(guò)計(jì)算機(jī)，用變頻的方法對(duì)水泵實(shí)行自動(dòng)調(diào)速，保證用戶的流量、揚(yáng)程，避免超壓和人為的壓頭損失，使管網(wǎng)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)，是保證供水質(zhì)量和降低能耗最優(yōu)方案。