城鎮(zhèn)供水二次加壓泵站運(yùn)行方式電耗探討

0 引言

城鎮(zhèn)二次加壓泵站的工藝運(yùn)行方式和設(shè)備的合理配置決定著泵站的能耗。在同樣的水泵設(shè)備配置情況下，采用不同的工藝運(yùn)行方式其泵站的能耗是不相同的。那么，采用什么樣的工藝運(yùn)行方式最好?

其電耗怎樣計(jì)算?下面通過(guò)對(duì)二次加壓泵站的運(yùn)行方式及能耗的分析研究，給出目前最佳的工藝控制方法。

1 二次加壓泵站幾種常用運(yùn)行方式能耗

目前，北方城鎮(zhèn)二次加壓泵站工藝設(shè)備配置及工藝運(yùn)行狀況一般分為四種：

1)方式1———水泵全速直聯(lián)供水方式;

2)方式2———微機(jī)控制水泵變頻調(diào)速恒壓供水方式;

3)方式3———微機(jī)控制水泵變頻調(diào)速變流變壓供水方式;

4)方式4———全自動(dòng)管網(wǎng)直聯(lián)無(wú)負(fù)壓二次加壓供水。

1.1 方式1———水泵全速直聯(lián)供水方式

此供水方式是二次加壓泵站的加壓泵，不通過(guò)任何的中間工藝設(shè)備直接將儲(chǔ)水池的水供給用戶(hù)，是一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的二次加壓供水方式。假設(shè)泵站水泵為兩臺(tái)(一用一備)，高日高時(shí)水量為qa，日最低水量為0，水量的變化范圍為0~qa，小區(qū)內(nèi)管網(wǎng)最不利點(diǎn)的水頭損失為h0，管網(wǎng)的最大壓力為hmax，水泵的特性曲線(xiàn)為f1，管道特性曲線(xiàn)為f2，則水泵在全速直聯(lián)供水方式下的工作狀況，如圖1所示。

從圖1中可以看出：

1)此方式泵站的供水量調(diào)節(jié)，是通過(guò)改變管道的特性曲線(xiàn)f2來(lái)實(shí)現(xiàn)的，供水壓力隨著流量q 在ha~hmax間變化;

2)供水量為qa時(shí)的電功率值是特性曲線(xiàn)f1和坐標(biāo)系(h，0，q)所圍成的圖形面積Pa(1 hmaxAqa0);

3)供水量為qa時(shí)實(shí)際需要的供水電功率值是管道特性曲線(xiàn)f2和坐標(biāo)系(h，0，q)所圍成的圖形面積P 標(biāo)(h0Aqa0)。

上面的計(jì)算結(jié)果中，式(2)憶和式(4)憶均為準(zhǔn)確值，而式(2)和式(4)為工程近似值。在分析計(jì)算實(shí)際問(wèn)題時(shí)，一般用后者就可滿(mǎn)足工程的需要。在下面的全部分析計(jì)算中采用工程近似的方法進(jìn)行。

1.2 方式2———微機(jī)控制水泵變頻調(diào)速恒壓供水方式

微機(jī)控制水泵變頻調(diào)速恒壓運(yùn)行是目前二次加壓泵站供水工藝中廣泛采用的運(yùn)行方式。該方式通過(guò)改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)滿(mǎn)足小區(qū)內(nèi)供水量需求的變化，不僅保持了恒壓供水，而且大大降低了泵站的電耗，從而使泵站的電損率啄降低。其工況如圖2 所示。

1.3 方式3———微機(jī)控制水泵變頻調(diào)速變流變壓供水方式

當(dāng)供水泵站在小流量或零流量的情況下，水頭損失很大，水泵效率大大降低，電損率啄會(huì)增大，泵站達(dá)不到最佳的節(jié)能效果。在此情況下通常根據(jù)小區(qū)內(nèi)管網(wǎng)的水量及壓力變化規(guī)律，采用變流變壓的方法調(diào)整水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速、流量及供水壓力，以及克服上述的問(wèn)題。此方式下的泵站運(yùn)行特性曲線(xiàn)如圖3所示。

1.4 方式4———全自動(dòng)管網(wǎng)直聯(lián)無(wú)負(fù)壓二次加壓供水方式

該方式是將全自動(dòng)管網(wǎng)直聯(lián)無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備直接與自來(lái)水管網(wǎng)連接、采用密封水罐和負(fù)壓抑制及補(bǔ)償系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)水水量和壓力，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水外管道無(wú)負(fù)壓、內(nèi)網(wǎng)自動(dòng)恒壓供水的功能。此種供水方式充分利用了市街公用供水管網(wǎng)的一次壓力hj，加壓泵站只是對(duì)公用供水管網(wǎng)的進(jìn)水壓力hj 和所需供水壓力ha的差進(jìn)行補(bǔ)壓，所以節(jié)能效果顯著。泵站工藝運(yùn)行工況如圖4所示。

從式(19)可以看出，泵站在采用全自動(dòng)管網(wǎng)直聯(lián)無(wú)負(fù)壓二次加壓供水方式運(yùn)行時(shí)，供水系統(tǒng)的節(jié)電率姿和公用管網(wǎng)供水壓力hj成正比;與內(nèi)網(wǎng)的壓力ha成反比，而與泵站的水量q 無(wú)關(guān)。

2 泵站運(yùn)行方式的電耗指標(biāo)比較

上面對(duì)4種城市二次加壓泵站運(yùn)行方式進(jìn)行了分析研究，現(xiàn)將4 種泵站運(yùn)行方式的電耗狀況比較列于表1中。

我們結(jié)合北方的某一泵站的工藝供水參數(shù)，算出泵站在同一工藝供水參數(shù)下采用不同運(yùn)行方式的電耗指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值，見(jiàn)表2。

從表1和表2可以看出，1.4節(jié)所述供水方式是一種最節(jié)能的泵站工藝運(yùn)行方式。此運(yùn)行方式實(shí)際的電耗功率比二次加壓泵站理想狀態(tài)下的電耗功率還要低很多(本次計(jì)算，實(shí)際的電耗功率比二次加壓泵站理想狀態(tài)下的電耗功率減少了20.6%);從節(jié)電的效果上看，前者比后者要節(jié)電70%以上，而比恒壓供水方式要節(jié)約電耗達(dá)

28.6%~43%。泵站的4種運(yùn)行方式的工況圖如圖5所示。

目前在城鎮(zhèn)二次加壓泵站供水工藝中，普遍采用方式2運(yùn)行方式，采用方式3運(yùn)行方式的只有很少一部分。而在城鎮(zhèn)二次加壓泵站中采用方式4 具有很大的節(jié)能空間。

3 結(jié)語(yǔ)

城鎮(zhèn)二次加壓泵站采用微機(jī)控制變頻調(diào)速變流變壓和全自動(dòng)管網(wǎng)直聯(lián)無(wú)負(fù)壓供水運(yùn)行方式是目前最節(jié)約電能的兩種工藝運(yùn)行方法;特別是采用全自動(dòng)管網(wǎng)直聯(lián)無(wú)負(fù)壓方式供水，具有顯著的節(jié)能效果和廣闊的市場(chǎng)前景。