城镇二次加压泵站运行方式的能耗探讨-机电之家网变频器技术网.doc

城镇二次加压泵站运行方式的能耗探讨1 引言城镇二次加压泵站的工艺运行方式和设备的合理配置决定着泵站的能耗。在同样的水泵设备配置情况下，采用不同的工艺运行方式其泵站的能耗是不相同的。那么，二次加压泵站采用什么样的工艺运行方式最好？其电耗怎样计算？笔者通过对二次加压泵站的运行方式的分析研究，对泵站的能耗、工艺控制方法给出一个可行的建议。2 二次加压泵站几种常用运行方式能耗根据目前北方城镇二次加压泵站工艺设备配置及工艺运行状况，将二次加压泵站一般常用的运行方式分为四种:(1) 方式1水泵全速直联供水方式;(2) 方式2微机控制水泵变频调速恒压供水方式;(3) 方式3微机控制水泵变频调速变流变压供水方式;(4) 方式4全自动管网直联无负压二次加压供水。2.1 方式1水泵全速直联供水方式此种二次加压泵站供水方式是二次加压泵站的加压泵，不通过任何中间工艺设备直接将储水池的水供给用户。该方式是泵站一种简单、实用、经济的二次加压供水方式。假设泵站水泵为两台(一用一备)，高日高时水量为qa，日最低水量为0，水量的变化范围为0-qa，小区内管网最不利点的水头损失为ho，其管网的最大压力为hmax，水泵的特性曲线为f1，管道特性曲线为f2，则泵站水泵在水泵全速直联供水方式下工作状况，如图1所示。图1 全速直联供水方式下的水泵特性曲线从图1中可以看出:(1) 此方式泵站的供水水量调节，是通过改变管道的特性曲线f2来实现的。泵站的供水压力也随着流量q在ha-hmax变化;(2) 泵站全天24小时的供水电耗功率是特性曲线f1和坐标系(h，0，q)所围成的图形面积pa1;(3) 泵站全天24小时供水实际需要消耗的电耗功率是管道特性曲线f2和坐标系(h, 0, q)所围成的图形面积p标。下面根据水泵的特性曲线图1，分别求出p标、pa1。已知道泵站的管道特性曲线f2为:ho为小区最不利点压力，k泵站管道水头损失系数，q为泵站供水量。那么:式中qa和ha为高日高时的泵站水量和扬程。同理，pa数值求得如下，水泵的特性曲线f1为:hmax为小区内网的最大压力;ks水泵水头损失系数。那么:上面的计算结果中，(2)和(4)式均为准确值，而式(2)和(4)为工程近似值。在分析计算实际问题时，一般用后者就可满足工程的需要。在下面的分析计算只采用工程近似的方法。泵站每天在方式1的状况下电损功率p1为:其方式1的电损率1为:式(6)说明，在泵站供水工艺设备不变的情况下，泵站电耗的变化只与泵站的高日高时扬程ha、小区管网最小供水压力ho和泵站最大供水压力hmax有关，而与泵站的水量无关。2.2 方式2微机控制水泵变频调速恒压供水方式从加压泵站的运行方式上，微机控制水泵变频调速恒压运行是目前二次加压泵站供水工艺中广泛采用的水工艺运行方式。此种方式是通过改变泵站加压水泵的转速，来满足小区内供水量的需要的。该方式不仅能很好地调节泵站供水量的变化，同时可以大大降低泵站的用电单耗。这主要由于转速改变后减少了扬程浪费，另一方面是由于调速水泵的高效范围扩大，从而使泵站的电损率降低。加压泵站在微机控制水泵变频调速恒压供水方式下的工况如图2所示。图2 微机控制水泵变频调速恒压供水时水泵特性曲线由图2可以看出:方式2的电损功率pa2为:泵站电损耗功率p2为:电损率2为:由此可以看出:2.3 方式3微机控制水泵变频调速变流变压供水方式当供水泵站在小流量或零流量的情况下，水头损失很大，水泵效率大大降低，电损率会增大，泵站达不到最佳的节能效果。在此情况下我们通常采用，方式3二次加压泵站水泵根据小区内网的水量及压力来变流变压的调速调节的方法，来克服上述的问题。方式3的泵站运行特性曲线见图3。图3 变压变流量供水时水泵特性曲线该方式下的电耗指标为:(1) 电耗功率pa3:结合式(7)可得出:从式(14)可以看出，方式3比方式2的用电损失率要少33%。2.4 方式4全自动管网直联无负压二次加压供水方式。全自动管网直联无负压供水方式，是将全自动管网直联无负压供水设备直接与自来水管网连接、采用密封水罐和负压抑制及补偿系统，自动调节来水水量和压力，使自来水外管道无负压、内网自动恒压供水的功能。此种供水方式充分利用了市街供水管网的一次压力hj，加压泵站只是对蓄水池的进水压力hj和所需供水压力ha的差进行补压，所以节能效果显著。泵站工艺运行工况如图4所示。图4 全自动管网直联无负压二次加压供水方式水泵特性曲线方式4电耗的各指标如下:从公式(19)可以看出,泵站在采用全自动管网直联无负压二次加压供水运行方式时，供水系统的节电率和市街管网供水压力hj成正比;与内网的压力ha成反比，而与泵站的水量q无关。3 泵站运行方式的电耗状况比较通过上面对四种城市二次加压泵站运行方式的分析研究, 将四种泵站运行方式的电耗状况作一比较列于下表1中。表1中ho小区内网最不力点压力; ha泵站高日高时水量; h补直联无负压网补偿压力; hj市街管网压力;hz、hb为ho和ha的中间压力，一般按1/3(ha-ho)取值; k泵站管道水头损失系数; ks水泵水头损失系数;hmax小区内网最大供水压力; qa高日高时水量; qz、qb为泵站的中低峰平均水量。结合北方的某一泵站的工艺供水参数，算出泵站在同一泵站工艺供水参数下采用不同运行方式的电耗指标的实际数值列于表2。从表1和表2可以看出，方式4是一种最节能的泵站工艺运行方式。此种运行方式的电耗功率比二次泵站加压理想状态下的电耗功率要少很多(本次计算为-20.6%);从节电的效果上看，方式4比方式1要节电70%以上，而比方式2要节约电耗达28.6%到43%。我们将泵站的四种运行方式的运行工况图，作出如图5所示。图5 四种运行方式比较图表2 泵站电耗指标计算结果比较表节电率编号 方式名称 电损率 与方式1 与方式2比较的1 比较的21 水泵直供 50.10% 2 恒压调速 11.10% 26.30% 3 恒压泵 11.10% 26.30% 4 变流变压调速 3.70% 47% 6.60%5 全自动管网直联无负压 -20.60% 71%87% 28.6%43%目前在城镇二次加压泵站供水工艺中，普遍采用方式2运行方式，而采用方式3运行方式的只有很少一部分。因此，在城镇二次加压泵站中采用方式4全自动管网直联无负压二次加压供水方式供水，具有很大的节能空间。4 结束语城镇二次加压泵站采用微机控制变频调速变流变压和全自动管网直联无负压二次加压供水运行方式是目前最节约电耗的两种工艺运行方法;特别是城镇二次加压采用全自动管网直联无负压方式供水，具有显著的节能效果和广阔的市场前景。参考文献1 姜乃昌. 水泵及水泵站.北京:中国建筑工业出版社.1998.2 中国电工技术学会.风机水泵调速节能手册.北京: