（环境工程专业论文）城市排水泵站的优化运行管理.pdf

摘要 摘要 水泵广泛应用于工农业和居民生活的各个领域，泵站则在各应用领域发挥着 重要的作用，随着社会经济的飞速发展和科技的进步，也必将有更多的泵站兴建。 在城市建设发展中，泵站是城市给水排水工程中重要的组成部分，在城市日常运 行中起到了至关重要的作用，和人们的日常生活息息相关。能源和环境是当今世 界突出的两大社会问题，随着人们的生活水平日益提高，人们也更多的意识到能 源对人类的重要性，泵站是耗能大户，研究泵站如何节能降耗、优化运行管理尤 为重要。 本文首先了解了国内、国外城市排水泵站运行管理的现状，针对国内城市排 水泵站运行、管理过程中存在的一些问题进行了分析总结，通过调研、分析某市 排水泵站的实际运行管理情况，从泵站运行的科学化管理、泵站机电设备的检修 维护、泵站的节能降耗和环保方面、泵站值班人员和操作人员的技术培训等方面， 提出了优化泵站运行管理的策略、方法和合理有效的措施，减少泵站的能量消耗， 实现泵站的经济节能运行，最终实现泵站的优化运行管理。 本文中提出的泵站优化运行、管理的相应方法、措施，旨在为泵站管理单位 提供理论和实际的参考依据，对于提高泵站运行、管理的质量和节约能源，具有 一定的指导意义。 关键词：排水泵站；优化；运行；管理 摘要 a bs t r a c t a b s t r a c t ：p u m p sa r ew i d e l yu s e di nv a r i o u sf i e l d so fa 矿i c u l t u r e ，i n d u s t r ya n d p e o p l e sd a i l yl i f e t h ep u m ps t a t i o np i a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ea b o v ef i e l d s n o w a d a y s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n dt h ea d v a n c e m e n to f t e c h n o l o g y ， m o r ep u m ps t a t i o n sw i i ib ec o n s t r u c t e di n t h e如t u r e d u r i n gt h e c o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n to fac “y ap u m ps t a t i o ni sa ni n d i s p e n s a b i ec o m p o n e n t o fa n ym u n i c i p a lw a t e ra n dw a s t e w a t e rs y s t e m ，明dp l a y sac r i t i c a ip a r ti nt h er e g u l a r r u no ft h ec i t y i ti s c l o s e l yr e l a t e dt op e o p l e sd a i l yl i f e a si sk n o w nt oa i l ，e n e 唱y 鲫de n v i r o n m e n ta r et h em o s ts e r i o u sp r o b i e m so ft h ec u r r e n tw o r l d w i t ht h e c o n t i n u i n gi m p r o v e m e n to ft h el i v i n gs t a n d a r d s ，p e o p l eb e g i nt or e a l i z et h a te n e 唱yi s v i t a it oh u m a n 豫c e ，w h il e p u n l ps t a t i o ni s ab i ge n e r g yc o n s u m e r s oi ts e e m s e s p e c i a i l yi m p o r t a n tt os t u d yh o w t 0s a v ee n e 唱ya n dh o wt 0a c h i e v et h eo p t i m i z e d o p e r a t i o na n dr e g u l a t i o ni nap u m ps t a t i o n t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec u r r e n ts i t u a t i o no ft h eo p e r a t i o na n dr e g u l a t i o no ft h e p u m ps t a t i o n sb o t ha th o n l ea n da b r o a d a n das u m m a r yi sm a d ea c c o r d i n gt ot h e d e n c i e n c i e si nt h eo p e r a t i o na n dr e g u l a t i o no fd o m e s t i cd r a i n a g ep u m ps t a t i o n s t h r o u g h t h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fo n ed r a i n a g ep u m ps t a t i o ni nac e r t a i nc i t y b a s e do nt h es ci e n t i f i c m a n a g e m e n to ft h ep u m ps t a t i o n ，t h em a i n t e n a n c eo ft h e m e c h a n i c a la n de l e c t r i c a i e q ui p m e n t s ， e n e 略y c o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n t p r o t e c t i o no ft h ep u m ps t a t i o n ，a n dt h et e c h n i c a lt r a i n i n go ft h es t a 或as t “l t e g ya n d s o m ee a e c t i v em e a s u r e st oa c h i e v et h eo p t i m i z a t i o na r ep u t 仍n v a r d ，w h i c hc a n h e i p r e d u c et h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dh e l pa c h i e v et h ee c o n o m i ca n de n e 唱y - s a v i n g o p e r a t i o n a n df i n a i l y ，t h eo p t i m a lo p e r a t i o na n dr e g u l a t i o no ft h ep u r n ps t a t i o nc a nb e a c h i e v e d t h em e t h o d sa n dm e a s u r e sp u tf o n ，a r di nt h i s p a p e ra i m a t p r o v j d i n g a d m i n i s t 豫t o 体w i t ht h e o r e t i c a ia n dp r a c t i c a lb a s i s t h e ya r ea l s oi n s t r u c t i v ei n i m p r o v i n gt h eo p e r a t i o na n dr e g u l a t i o no fap u m ps t a t i o na n di ne n e r g yc o n s e r v a t i o n k e y w o r d s ：d r a i n a g ep u n l ps t a t i o n ；o p t i m i z a t b n ；o p e r a t i o n ；r e g u i a t i o n 第一章绪论 1 1 泵站的地位和作用 第一章绪论 水利是国民经济的重要基础设施，而泵站工程是水利工程的霞要组成部分， 是保护和发展粮食生产的关键，在解决洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化当今三 大水资源问题中起着其它水利工程不可替代的作用。特别是大型泵站承担着区域 性的防洪、除涝、灌溉、调水和供水的重任，主要用于农田排灌、城市给排水以 及跨流域调水等，在我国国民经济可持续发展和全面服务于小康社会的建设中， 占有非常重要的地位【。 泵站工程是将电( 热) 能转化为水能进行农业灌溉、乡镇供水及渍涝排水及跨 流域调水的一项综合性水利工程。新中国成立6 0 年来，随着科学技术进步及国 民经济的发展以及现代化农业对排灌、节水要求的日益提高，我国泵站工程的技 术及科学技术有了突飞猛进的发展，取得了举世瞩目的辉煌成就。 7 泵站与其它水利建筑物不同，它无需修建挡水和引水建筑物，对资源和环境 无影响，受水源、地形、地质等条件的影响较小，且具有投资省、成本低、工期 短、见效快、灵活机动、易于实现自动化等优点【2 】。但是，泵站运行要耗能，设 备维护和更新改造费用高。泵站是为水提供势能和压能，解决无自流条件下的排 灌、供水和水资源调配问题的唯一动力来源，作为重要的工程措施，它在水资源 的合理调度和管理中起着不可替代的作用。同时，泵站在防洪、排涝和抗旱减灾， 以及工农业用水和城乡居民生活供水等方面发挥着重要作用。另外，泵站为耗能 大户，节能和节水问题一样重要。因此，泵站的经济运行和优化管理就显得尤为 重要。 随着我国科技水平和综合国力的大力提高，环境保护在国民经济建设中体现 出其越来越重要的地位，我国对污水治理工程建设上也加大了投资力度，泵站作 为污水治理中不可缺少的一个重要部分，有着极为重要的作用。泵站工程是水利 工程的重要组成部分，在工农业生产和人民生活中占有重要地位，特别是城市排 水泵站，除排放雨水外，还承担城市生活污水、生产废水排放任务，对保障城市 健康发展、提供良好环境具有重要作用。 1 2 国外泵站的运行管理概况 国外泵站在运行、管理方面自动化程度商，监控系统完善。这样，既提高了 第一章绪论 泵站运行的安伞性、可靠性和经济性，又：i 了约了人力资源，为工程的维护提供了 可靠依据。其中，泵站在运行、管理方面自动化程度高的有美国、日本、英同、 荷兰和前苏联等【3 l 。 1 2 1 国外泵站自动化程度高，监控系统完善 美国对泵站的建设和管理是在各区域泵站安装控制系统，然后又由区域内的 中央控制系统对整个系统实行集中的统一调度，优越性显著。 日本水管理几乎全部实现了自动化，对于早年兴建的泵站也已完成改造、扩 建和安装新的计算机系统，新建泵站的监控系统更是安装了完善的计算机系统。 日本泵站的监控系统大都采用集中管理的分层分布式结构，泵站的水泵及其他设 备均由中央控制室远距离操控，大大地提高了工程的自动化水平。 而在欧洲，泵站自动化程度较高。荷兰、奥地利的一些泵站，基本上都实现 了全自动监控。荷兰泵站采用的自动化仪表多为智能型，这种仪表很先进，如功 率表、水位表、水位计等，它本身能长期进行自动记录，一般数据不存档【3 4 1 。 1 2 2 国外泵站技术和管理制度比较完善 ( i ) 技术装备好、自动化程度高 发达国家泵站的水泵性能指标高、机组设备结构多样化。国际大型水泵生产 企业制造出来的泵，一般具有转速高、体积小、重量轻等优点，其流量是我国同 口径水泵流量的1 5 2 倒3 1 。国外机组的高速化，使得机组的体积减小、重量轻， 而且间接的降低了厂房和土建的投资。 发达国家特别重视水利工程的建设，严格控制工程质量。如荷兰的水泵生产 和泵站管理，两者在业务上的关系非常密切，水泵厂的设计人员对泵站的运行管 理非常熟悉，他们与泵站管理单位在设计、生产、制造、试验、安装、调试、运 行和检修等各个环节上配合默契，协调一致。 发达国家泵站的自动化程度较高，利用计算机监控系统操控泵站的水泵和设 备，对泵站运行的各种指标、长期跟踪、监测和记录，发现问题可随时解决。同 时，记录下来的数据也将成为水泵开发和性能完善的依据，还可长期保存，实现 资源共享。另外，自动化大大减少了事故的发生，也减少了泵站的管理工作人员 数量。 ( 2 ) 泵站运行管理人员少、素质好、社会分工严密 同等规模的泵站由于前期投入较大，自动化程度高，管理严格，分工明确， 所以泵站运行管理人员数量只有发展中国家的1 0 左右，而泵站运行管理有条不 第一章绪论 紊，长期保持正常运剿”。 泵站管理社会分工明确，泵站的管理人员只负责值班运行、小规模的检修 和大规模的检查，而大规模的检修则由泵厂完成，而泵站的清洁卫生工作都由专 业人员承包。泵站的管理人员一般都是即懂专业知识、又有实际运行经验，能及 时发现、解决问题，避免不必要的损失【3 】。 ( 3 ) 泵站的清洁工作做得好，一般都配有清污、清淤机械，它是保证泵站安 伞运行、节能、减少水泵磨损、延长机组寿命必不可少的泵站设备。在费用方面， 不同体制的国家对泵站的投资不同，发达国家一般是以受益者支付或国家拨款等 方式获得充足的资金，有条件、有能力根据不同的需求进行改造、维修和扩建， 以保障泵站的正常运转，服务于社会【3 1 。 1 3 国内城市排水泵站的概况 1 3 1 国内泵站发展的历史 建国以来，我国泵站发展迅猛。2 0 世纪7 0 年代至8 0 年代初期，随着泵站 制造技术和规划水平的提高，我国泵站建设进入了大发展时期。2 0 世纪8 0 年代 后期至9 0 年代，我国泵站的建设进入了巩固提高、稳步发展阶段，泵站建设管 理从以外延为主，转向以内涵为主。现在，泵站更新改造也逐渐为人们所重视， 对于泵站的建设更加注重质量和外观形象以及计算机自动化控制，泵站的建设和 管理正朝着现代化的方向迈进。泵站的发展，有力地提高了各地抗御自然灾害的 能力，促进了国民经济快速、稳定、健康地发展。 1 3 2 国内城市排水泵站情况 随着现代化的迅速发展，城市规模越来越大，城市的防洪与排水设施关系着 整座城市的经济发展，这也促使我国的泵站事业得到了快速的发展。 我国城市排水系统复杂，一般都铺设在地下。早期阶段，常采用雨污水合流 系统，经过城市的改造，目前大都采用分流制排放系统，即排水管道采用雨、污 水分流，建两条管道；而雨污水合流系统还少量存在，有待进一步改造。城市生 活与工业废水经过排水管道汇集后，由排水泵站将污水抽送至污水处理厂，经过 处理后的污水再由排水泵站排放至水体：雨水经过排水管道汇集后，由排水泵站 抽送直接排入水体。 我国目前对城市排水系统的投资总量和比例远低于发达国家上世纪8 0 年代 的水平。建同至今对城市排水系统投资总量和比例过低，已造成某些中小城市污 第章绪论 水处理设施严重不足，水环境污染严重；雨水排放设施简陋，造成局部洪涝。 我国的泵站规划设计不规范，运行的可靠性差。泵站的技术装备和自控水平 相比发达国家较低，国内水泵品种规格、结构形式、制造质量低于发达国家水平， 阻碍泵站的经济运行。国内泵站存在重建设轻管理的现象，由于现在的泵站管理 单位大多数还属于事业单位编制，泵站运行管理的资金多数还靠国家计划划拨， 资金投入短缺，影响泵站设备的更新、改造。泵站工作环境相对较差，一线管理、 操控的技术人员相对短缺，专业技术水平较低，人们对泵站的日常的维护、保养 重视程度远远不够，而且泵站设备老化，泵站运行维护的耗能较大。泵站的运行 偏重从安全的角度出发，经济效益方面考虑的较少，随着我国经济型社会的发展， 泵站的优化运行管理越来越被重视起来【5 】。 1 4 本论文研究的内容 针对目前我国城市排水泵站运行、管理存在的问题，结合实际情况，提出城 市排水泵站优化运行、管理的一些方法，以达到节能降耗的目的。其主要内容包 括。 ( 1 ) 国内城市排水泵站的情况。 ( 2 ) 分析国内城市排水泵站运行、管理存在的主要问题。 ( 3 ) 国内城市排水泵站优化运行、管理的意义。 ( 4 ) 结合实际提出国内城市排水泵站优化运行、管理的方法。 ( 5 ) 以华北某市某泵站为例，进行了应用。 第二章城。i l 讨i 水泵站俘在的问题分析 第二章城市排水泵站存在的问题分析 随着城市建设的发展，人民生活水平的不断提i 苗，国民经济的迅猛发展，市 政排水泵站的数量、型式、规模一直在不断的扩大。城市排水泵站主要担负着城 市的调水、供水和污水排放，防洪排涝的重任。尤其是排水泵站，在城市的经济 建设发展过程中，为保障企业、商店、医院及交通等部门和人民生活正常的运行 起到了不可替代的作用。正是这些泵站夜以继日的工作，才为城市污水的顺利排 放，雨季安全渡汛提供了可靠的保障。排水系统如同城市的命脉，一旦泵站发生 故障，就可能出现污水跑冒，雨水淹泡的严重状况，污染环境，危害城市居民的 正常活动，所以保证其正常运行，对于保护环境、维持城市的正常秩序有着重要 的意义，城市面貌同市政泵站的技术管理水平息息相关。 城市排水泵站经历了多年的发展，仍然存在了许多问题，难以满足城市发展 的需要，主要表现在以下几个方面。 2 1 城市排水泵站的设计、建设方面 2 1 1 城市排水泵站建设标准、水平不统一 各泵站之问的建设标准相差很大，泵站地上建筑物的标准明显低于周围建筑 群体的标准。 ( 1 ) 目前，多数泵站占地面积小，进水池设计不规范，导致进水池流态紊乱， 水泵效率下降；出水池设计不合要求，导致水头雍高，机组的效益下降；缓解臭 气、噪声的空间不够，环境污染严重。 ( 2 ) 随着城市建设标准的提高，市区内建筑物的造型、色调等各方面都上了 新水平，构成新的环境氛围。但是市政泵站没有与其匹配的标准，泵站的配套设 施、生活附属设施、绿化率、围墙等都没有新的统一标准，泵站建筑从外观到内 部装修也没有制定新的标准，编制新的经济指标，所以站容站貌没有改测6 1 。 2 1 2 工艺布置和水工条件不合理 ( 1 ) 城市排水泵站由于受到地形面积的限制，前池面积一般较小，扩散角较 大，扩散段较短，水流从进水管进入前池后突然扩散，易形成回流、旋涡等不良 第二章城市排水泵站存在的问题分析 水流流态，易造成泥沙淤积，特别足转加处会形成死角。说明泵站存在发生死水 区的问题，不仅池内容积得不到充分利用，也恶化了水工条件。 ( 2 ) 有的串联泵站偶而发生开泵时从出水井跑冒的现象，一方面说明管理还 不够严格，下游泵站没有先开泵腾空管道、上游泵站就开车冲顶；另一方面说明 泵站出水池雍高问题虽然在不断探讨，也模索了一定的经验，但是有些泵站特别 是串联泵站的技术措施仍然不够严密【们。 2 1 3 水泵选型受习惯性制约，格栅选型有随意性 水泵的选型主要设计工作介质、工作介质特性、扬程、流量、环境温度等数 据合适的水泵不但工作平稳，寿命长，且能为用户最大程度的节省成本。水泵是 泵站的核心，随着改革开放，水泵品种规格的发展很快，国外的新型水泵不断涌 入中国市场。相比之下，某些城市市政泵站在水泵选型方而的切换并不是很快。 有的新泵型，没能占住脚，如潜水污泵；也有国际上的先进泵型，我们还没有使 用过，如螺旋离心泵等。在我国由于选型不合理，许多泵处于不合理运行状况， 运行效率低，浪费了大量能源。另外格栅清污机的选用，缺乏严格的技术把关， 存在随意性大的问题，有的站选型不当，造成了使用上的不合理，如跨度小却使 用移动式，雨水泵站却使用间隙很小的栅距，影响了拦截和清除渣物的效果等【6 】。 2 1 4 泵站地下结构的型式、施工方法仍为传统方法 ( 1 ) 主机房与出水池的连接，由于基础高差大，容易产生不均匀沉降。有的 泵站仍采用设沉降缝的方法，开车后出水池受到水泵出水的推力影响，容易与主 机房脱开，造成漏水。 为了解决主机房和出水池基础高差大导致出水池沉降的影响，也采用了在出 水池底部设空箱，将底板与主机房拉平的做法，但是土建费用增加，空箱没有利 用价值，并不是理想的方案。 ( 2 ) 近年来建筑业在深基坑支护方面的成就和先进经验，没有充分吸收到泵 站的结构施工中来，如连续壁、逆作法及各种先进的支护方法等。泵站的施工方 法基本是而目依旧【6 1 。 2 1 5 设计存在的问题 ( 1 ) 目前泵站配置的变配电设备，越来越多，而且逐年呈增长趋势，安全度 层层加码，造成占地大，投资大，维修量大。虽然大多泵站都要求按双电源设计， 第二章城1 l ，排水泵站存在的问题分析 但目前真正实现双电源的泵站并不多。现在使用的变配电设备更新不快，仍在使 用体积很大的油浸变压器，启动柜还是一对一的自藕减压启动柜。 ( 2 ) 某市排水管理单位曾在9 0 年代做过泵站上下游自动化控制网络工程，在 当时，技术及采用的设备都足比较先进的，实现了水泵运行串极调速，对于机组 的运行状态，实现了各种运行参数的大屏幕显示，处于全国排水行业中领先地位。 但是由于泵站值班人员文化素质较低，不能够完全掌握先进系统的运行管理，最 终没能坚持下去。 ( 3 ) 目前泵站排水流量的计量仪表几乎是空白，至今还只能靠水泵铭牌统计 水量的初级手段，某市排水管理单位曾经安装了超声波流量计，由于受水质的影 响，在城市污水排放系统中，并不适用，最终导致水帐不够清楚，影响各项统计 工作的准确性【们。 2 2 泵站设备运行中存在的问题 2 2 1 水泵类 水泵是泵站的核心，雨( 污) 水的提升和排放都是由水泵来实现。水泵在运行 过程中容易出现的主要故障。 ( 1 ) 杂物卡阻 近年来由于水体污染加剧，一些水生植物、藻类植物在进水池内部生长、繁 殖，废弃的塑料袋、瓶子、盒子、木块等杂物严重影响了过水构筑物的过水能力， 降低了进水池的使用效率，人工清污和自动清污机有时清除不及时或不够彻底， 在水泵在运行过程中，往往由于进水管线中的垃圾杂物，使得水泵叶片容易被杂 物卡死或被木块、钢筋等硬物打坏。在运行中，经常会发现水泵突然跳闸、电流 过高、电机堵转、振动过大和发生异响等现象，经将水泵吊起检查后发现，填料 太紧或水泵的叶轮与泵体之间缠有大量的杂物，或被木块或钢筋卡死。经过对进 水管道及进水池内的杂物进行清理后，基本消除了水泵频繁出现的卡阻现象。 ( 2 ) 水泵电缆的磨损 污水泵站及大型雨水泵站使用的水泵多数为潜水排污泵和潜水轴流泵，潜水 泵使用时长期浸泡在水中，如不加以合理的固定，在水泵运行时，水流扰动电缆 与吊杆长期磨擦，时间长了致使主电缆外皮磨破、老化开裂，电机外部的水通过 电缆裂纹沿电缆内部直接进入水泵，造成水泵进水或电缆短路而跳闸。在运行过 程中，往往由于疏忽或缺乏经验，没有及时发现问题。而使水泵出现此类故障。 因此，在水泵运行中要定期检查水泵电缆的固定情况，防止电缆磨损，影响水泵 安全运行。对范围较小的局部裂纹，可根据情况自行处理，尽量避免更换电缆， 第二章城1 1 ，排水泵站存在的问题分析 因为其造价太高。 ( 3 ) 汽蚀 液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生汽泡。 把这种产生气泡的现象称为汽蚀。泵在运转中，若其过流部分的局部区域( 通常 是叶轮叶片进口稍后的某处) 因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温 度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当 含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急 剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴， 在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力 可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿【7 8 j 。 在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的 汽蚀过程。汽蚀主要发生在叶轮外缘叶片及盖板，涡壳或导轮处，不会发生在叶 片进口处。由于长期受到冲击力反复作用以及液体中微量溶解氧的化学腐蚀作 用，叶轮局部表而出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏。水泵产生汽蚀后除了对过 流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重 时会使泵中液体中断，不能正常工作。 在以往的检修中发现，有的水泵叶片汽蚀相当严重，几乎所有的立式轴流泵 都会发生汽蚀，而且有些叶片损坏量达2 3 3 4 ，叶片磨损后就会造成泵流量 减少，震动加剧，严重影响了水泵的正常运行【刀。 水泵的汽蚀、磨蚀及其联合作用的破坏一直是水泵运行、维护及管理工作中 的一个重要问题。 ( 4 ) 水泵不出水 主要原因是进水管和泵体内有空气。往往是水泵启动前未灌满足够的水，可 看上去灌的水已从放气孔溢出，但未转动泵轴将空气完全排出，致使少许空气残 留进水管或体内，造成水泵不出水：再有水泵填料因长期使用已经磨损或填料压 得过松，造成大量水从填料与泵轴轴套间隙中喷出，其结果是外部空气就从这些 间隙进入水泵的内部，影响了提水，造成了水泵不出水。 2 2 2 清污机类 清污机主要作用是截留雨( 污) 水中大量的固体杂物，以防止杂物进入水泵出 现水泵卡阻。从清污机使用的效果来看，一些抓斗式伸缩臂刮蓖机存在着水面下 杂物清除不净，靠人的眼睛和感觉，去清刮蓖条，一旦刮蓖机限位器发生故障时， 则会损坏蓖条，故障率较高，工作效率较低；一些知名品牌的清污机运行较为稳 定，故障率也较低，但价格较高。价格便宜的清污机，其运行故障率相对较高， 第二章城1 1 j 排水泵站存在的问题分析 在运行过程中，往往会被木块或纤维状杂物卡阻。若此时保护不能及时动作，往 往会损坏清污机。如导致耙齿变形、栅条变形、框架移位等。因此灵敏、可靠、 齐全的保护对保护清污机的正常运行有重要作用。由于水- t 的杂物较多，对于回 转式清污机来说，耙齿极为容易被卡阻，特别杂物较多时，因此，只有增加清捞 的频率，做到勤捞、勤观察才能减少卡阻的次数【7 8 l 。 2 2 3 电气设备类 ； 电气设备的主要功能是用来传输、分配电能和转换电能的。这些功能的实现 是通过电流的流通来完成的。泵站配置的变配电设备，越来越多，而且逐年呈增 长趋势，安全度层层加码。现在使用的变配电设备更新不快，水泵启动柜有的还 是一对一的自藕减压启动。在运行中，或多或少的都会遇到电器设备故障。 ( 1 ) 电气接头过热 电气接头在运行一段时间后，就会出现接触表面状况不良、氧化程度严重、 不同程度的锈蚀等，会使接触面积减小，电阻增大温度增加，水泵运行时就会局 部发热，如果不能及时发现，就会烧毁设备或线路。因此，在设备运行过程中， 应检查各电气接头的接触情况及松紧度，并且要养成定期检查的习惯。 ( 2 ) 保护整定值不合理 设备经过一段时间运行后，许多继电保护器的参数应随设备参数的改变做相 应的调整，是设备工作在最佳状态，但是目前现有泵站真正能够做到每年调整一 次的很少，使得保护整定值与设备正常运行值出现偏差，降低设备使用寿命。因 此，设备运行过程中应仔细检查设备的运行状况，这样才能保障设备安全可靠运 行门。 ( 3 ) 运行振动产生的破坏 根据干扰力的不同，可将水泵机组振动分为水力振动、机械振动和电磁振动， 生产实际中振动不可避免。机械振动如果是电动机本身引起的，多数是由于转子 动平衡不好，以及轴承不良、转轴弯曲或是端盖、机座、转子不同轴或足电动机 安装地基不平、安装不到位。紧固件松动造成的。振动会产生燥声，还会产生额 外负荷。水力振动是由水泵进口流速和压力分布不均匀，泵进出口工作液体 的压力脉动、液体绕流、偏流和脱流，非定额工况以及各种原因引起的水 泵汽蚀等原因引起的。当振动超过一定限度时，就会对机组本身、基础及厂房 带来危害，引起机组零部件金属或焊缝t 扣破坏区的形成和扩大，从而产生裂纹， 断裂，甚至报废；使机组各部分联接紧固件松动，导致这些紧固件本身的断裂破 坏，加剧与其连接部分的振动，促使他们迅速破坏；加速机组有关部件的磨损， 第二章城1 1 j 排水泵站俘在的问题分析 如轴的剧烈振动可使轴与轴瓦的温度升高、轴承烧毁；诱发共振，使整个机组或 设备或厂房破坏，造成严重的破坏。 ( 4 ) 腐蚀、锈蚀 污水泵站收集的污水化学成分繁多， 轮、泵体、闸门等腐蚀严重，造成锈蚀， 泥沙、水流的冲刷、磨损等对水泵的叶 甚至损坏，给运行带来隐患，降低了装 置的效率，影响了泵站的正常运行。运行主机组的各部件，在运行过程中不可避 免的会出现磨擦损耗，易耗部件可以在维修时更换，非易耗部件上的损耗却难以 修复。经过了长年运行之后，非易耗部件，尤其是转动部分磨损变形会非常严重。 空气中的氧气和水蒸气等物质会腐蚀机组的各个部件，使之锈蚀、老化，而泵房 环境中的各种油和润滑剂中也含有对机组有害的物质。由于主电机在运行中温度 升高较大，这种腐蚀的反应速度会更快，严重时就会影响到机组的运行状态。 在排水泵站的运行过程中，往往会出现许多意想不到的设备故障。在设备运 行过程中，出现一些问题是在所难免的，关键足看工程技术人员能否积累经验， 尽可能的防止故障的重复出现，并在出现故障后迅速采取切实有效的措施来加以 解决，以保证设备的正常运行，发挥最大的效益【9 j 。 2 3 排水泵站能力不足 城市建设飞速发展，而一些城市往往因为各方面原因忽视了配套设施的建 设，市区排水泵站的提排能力相对不足。周围新建建筑完成并使用，而配套的排 水系统尚未建成或建成后迟迟不能交接使用，再有规划中的雨水、污水泵站尚未 建设或建成后并未正式投入使用，造成周边居民排水无出路、不顺畅，只能临时 接入原有排水设施和原有泵站代排，经常出现污水外溢、降雨时马路积水，居民 出行不便、车辆通行遇阻。 2 4 电能、自来水消耗较大 污水泵站是常运行泵站，其设备主要包括闸门、格栅、压渣机、吊车、除砂 设备、水泵、自动控制系统、电力控制系统、排风设备等。泵站建立了设备单机 档案，并且记录运行数据，按月统计，进行成本核算。通过汇总记录，可以发现， 泵站的主要消耗是电能消耗和自来水消耗，是用电大户，如何减少电能、自来水 的消耗，是实现节能降耗首先要解决的问题。 第二章城1 1 ，排水泵站俘在的问题分析 2 5 泵站的日常养护不到位 泵站的运行离不开人为的管理，包括运行调度、日常维修养护等。现在的泵 站大多数均由泵站管理单位自行维修养护，在实际工作中，由于投资短缺，大多 数泵站的维护少，只是保证机组表而运行正常，很少考虑泵站的工作效能问题。 通常是设备出现故障或损坏后才开始养护工作。而且污水泵站处于高湿度环境， 金属设备容易锈蚀。日常卫生清理时经常使用自来水冲刷机房，既浪费水资源， 又使设备更容易生锈。由于日常养护工作不到位，加快了设备老化和损坏，造成 设备使用寿命变短，维修周期变短，实际是增加了维修的费用。 2 6 泵站的管理人员技术力量薄弱 泵站的综合管理是保证泵站长期正常运行的人为保障因素，它的完善与否影 响着泵站功能的发挥和泵站的维护与改造，泵站管理人员相当的缺乏，逐步老龄 化，而且现在新建泵站多为微电脑控制，发生设备故障时，泵站管理人员通常停 止设备运行，然后上报，但具体原因又叙述不清，等待维修人员现场检查，然后 再组织维修。泵站管理人员技术力量薄弱，出现了问题，不能及时解决，维修人 员反复赶往现场造成时间、人力、物力的浪费。 2 7 臭气扰民问题仍待进一步解决 随着城市化进程的快速迈进，污水泵站已越来越接近人们工作和生活等人口 密集的敏感区域，污水的输送和处理及泵站的运行过程中所散发的有毒有害气体 对周围环境有影响，更直接关系到百姓生活。随着国内经济水平的提高和环保意 识逐渐加强，对生活和工作的环境质量要求也越来越高，污水的恶臭污染问题也 引起越来越多的关注。污水泵站的臭气主要来源于格栅间、栅碴处理区及敞开式 的出水池，污水中产生的物质主要由碳、氮和硫元素组成。有的污水泵站因为异 味会遭到周围单位或个人的投诉。所以如何除臭，减少有毒气体排放，既保护职 工身体健康，又减小对周围环境的影响，是污水泵站未来发展、技术改造要考虑 的方面。 第三章城1 l 对i 水泵站的优化运行管理的意义、理论依据 第三章城市排水泵站的优化运行管理的意义、理论依据 随着我国经济建设的不断发展，我国泵站的建设、管理与科研都得到了很大 的进展和提高。实践证明，泵站在抗御洪涝干旱灾难、改善农业生产条件、建设 高产稳产农田、跨流域调水、解决城镇供水，以及对沿海大型开放城市用水等发 挥着愈来愈重要的作用，取得了显著的经济效益和社会效益。今后，：随着国民经 济的进一步发展，必将有更多的泵站兴建。另外，还有大量已投入运行多年的旧 站更新、改造、提高等项目有待实施。 众所周知，泵站是机械设备、电力设备和水利工程的综合体，如何进行合理 选型、配套和管理，使其发挥最大的效益、最低的投资和建成后保证长期安全运 行，这是大家所关心的主要问题。目前，一方面，我国相当一部分泵站控制新技 术的控制理念和控制手段还未能在泵站上广泛使用。另一方面，由于机组容量不 断增大、泵站工程的安全可靠性和节约能源的要求不断提高，以往靠人工手动操 作难以满足要求，需要采用先进的控制系统、控制方式及控制手段。 尤其是城市的排水泵站，如果离开了排水泵站，污水横行肆意，气味熏天破 坏美好的生活环境。工厂、商店、医院、交通和人们正常生活将寸步难行。所以， 排水泵站运行管理效能发挥的高与低与城市经济建设，美好环境建设息息相关。 泵站的运行是需要能耗的，机组运转要维修保养，房屋建筑等要维护，运输能力 要保证，这些都需要大量资金的投入。因此，排水泵站的经济运行和管理是一个 大问题，他的重要性可见一般。 3 1 水泵的定义及分类 水泵是输送和提升液体的机器。他将原动机的机械能转化为被输送液体的能 量，使液体获得动能或势能。水泵可分为如下几种。 ( 1 ) 叶片式水泵。它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮的高速旋转而完成的。 按工作原理的不同分为离心泵、轴流泵、混流泵三种。按使用范围和结构特点分 为长轴井泵、潜水电泵、水轮泵等。 ( 2 ) 容积式水泵。它对液体的压送是靠泵体工作室的容积的改变来完成的。 分为活塞式往复泵、拄塞式往复泵、转子泵等。 ( 3 ) 其他类型。除上述的两种以外的特殊泵。如螺旋泵、射流泵、水锤泵、 水轮泵以及气升泵、内燃泵等。其中，除螺旋泵是利用螺旋推进原理来提高液体 的位能外其他各种泵都是利用i 岛速液流或气流的动能来输送液体的。 第三章城1 1 r 排水泵站的优化运行管理的意义、理论依据 水泵是通用性的机械类设备而广泛地应用于国民经济的各个部门。在工业、 农业、建筑、电力、石油、化工、冶金、市政以及农林等部门，各种形式的泵站 很多，投资很大。目前定型生产的各类叶片泵覆盖了从低扬程到高扬程、从大流 量到小流量的广阔区间，使用范围相当广泛，其中，离心泵、轴流泵、混流泵和 往复泵的使用范围各有不同。往复泵侧重于高扬程、小流量。轴流泵和混流泵侧 重于低扬程、大流量。而离心泵的使用范围介于两者之间，工作区间最广，产品 种类、规格、系列也最多。实际应用中应根据具体应用条件来选择合适的泵型【1 0 1 。 3 2 泵站的组成、功能及分类 3 2 1 泵站枢纽的组成 泵站枢纽主要由泵房、水泵、管道、进出水建筑物及变电站等组成【l o t 。泵 房是泵站的主体工程，泵房内安装有水泵、传动装置和动力机组成的机组，还有 辅助设备和电气设备等。其主要作用是为主机组和运行人员提供良好的工作条 件。 进出水建筑物主要有取水、引水设施及进水池和出水池等组成。进水建筑物 包括引水渠道、前池、进水池等。其主要作用是衔接水源地与泵房，改善流态， 减少水力损失，为主泵创造良好的引水条件。出水建筑物有出水池和压力水箱 两种主要形式。出水池是连接压力管道和灌排干渠的衔接建筑物，起消能 稳流作用。压力水箱是连接压力管道和压力涵管的衔接建筑物，起汇流排 水的作用。这种结构形式适用于排水泵站。 泵站的管道主要包括进水管和出水管。进水管将水源和水泵进口连接起来， 出水管连接水泵出口和出水池的管道。泵站投入运行后，水流即可经过建筑物和 进水管进入水泵，通过水泵加压后，将水流送往出水池或管网，从而达到提水或 输水的目的。 3 2 2 泵站的基本功能 泵站的基本功能是通过水泵的工作体的运动( 旋转运动或往复运动等) ，把外 加的能量( 电、热、水或风能等) 转成机械能，并传给被抽液体，使液体的势能和 动能增加。同时，通过管道把液体提升到高处，或输送到远处等【1 2 】。 3 2 3 泵站的分类 根据泵站的不同用途、不同的输送液体介质、不同流量、扬程的范围，泵 第三章城1 1 讨作水泵站的优化运行管理的意义、理论依据 的结构形式特点，按任务可分为以下几类。 ( i ) 供水泵站：农田灌溉泵站、工业供水泵站及城乡居民给水泵站； ( 2 ) 排水泵站：农田排水泵站、城镇排水泵站、工业排水泵站及矿山排水泵 站； ( 3 ) 调水泵站：跨流域调水泵站，其功能有沿途的供水、灌溉、排水、航运 等： ( 4 ) 加压泵站：在以长管道输送水、油、泥浆等的情况下，需要中途加压； ( 5 ) 蓄能泵站：火电站和核电站是不允许间断工作的。为保证电网的稳定运 行，泵站在夜间有余电时，可用来抽水蓄能而在用电高峰时再用于发电。 排水泵站是用于排除洪涝渍水和降低地下水位的泵站。按照废水的性质分为 污水泵站、雨水泵站和合流泵站。 泵站工程的主要经济技术指标有泵站效率、泵站能耗、运行费用等1 2 】。 3 3 泵站的常见运行控制方式 水泵机组的运行方式是决定水系统管理方式的重要因素，在任何情况下，都 必须根据水泵机组的规模、使用条件等，确定水泵机组的运行方式，使水泵机组 安全可靠、经济地运行。 3 3 1 水泵的自动调节 水泵的工况点随着水位的变化或随着管道系统中的压力的变化而沿着水泵 特性曲线左右移动，不断建立新的平衡工况点。即工况点是在一定幅度区间内游 动的，这种水泵工况点自动随管路情况的变化而改变，称作自动调节。水泵自动 调节使水泵的使用范围扩大，但也造成了一定的能量浪费。比如当实际的工况的 变化规律与水泵特性较吻合时，无需任何控制手段，水泵能依据自己的特性满足 各种工况要求。 3 3 2 闸阀调节( 节流调节) 闸阀调节是通过调节水泵出口的控制阀门的开启度而人为的调节水泵的工 况点，满足运行的需要。当水泵所提供的扬程高于所需扬程( 设差值为h 时) ， 用关小出水闸阀来进行恒流调节，以保证净水构筑物免受冲击负荷的影响。 闸阀调节简单易行，又不另加投资，因此当水位变幅不大时，成为了常用的 调节方式。但是，他将多余的能量( h ) 全部消耗在闸阀上，是不经济的，当h 第三章城i l ，排水泵站的优化运行管理的意义、理论依据 较大时不应采用。当水位变幅较火时，可考虑以下即将提到的台数组合( 不同水 位时期分别运行不同型号的水泵) 或采用换轮、调速等方式。在泵站的设计和运 行巾，一般情况不宜采用闸阀调节流量【1 3 1 。 3 3 3 水泵台数组合 是通过不同台数的水泵( 同型号或不同型号) 并联运行来满足工况的不断变 化，它要求泵站内水泵台数较多，且大小搭配，但平面造价太贵，一般用在大型 供泵站监控及优化调度研究水泵站中。； 3 3 4 切削叶轮 切削叶轮就是利用切削叶轮直径改变水泵性能的方法。水泵切削叶轮是一种 既简单又经济的水泵节能措施，特别适宜于泵站扬程变化很小，但偏离水泵额定 扬程较远的情况。叶轮是泵的核心部件，它的作用是将原动机的机械能直接传给 液体，以增加液体的静压能和动能，它的性能很大程度决定了设备的性能。切削 叶轮可以改变泵的性能曲线，它对应为换轮的方式。要注意切削范围，只有在一 定的切削范围内，才能利用切削律确定叶轮的切削量。注意台数组合和换轮方式 都不能适合工况的连续变化，必须辅以闸阀调节，因此运行中存在能量浪费。 3 3 5 水泵调速 水泵调速主要是通过改变水泵的转速来调节水泵性能的一种方法【1 3 】，使泵站 运行工况与实际所需工况一致，发挥其高效率，节约电能。他与切削叶轮都是通 过改变水泵的特性曲线来适应工况的变化，控制水泵调速，主要遵循高效、不阻 水、不汽蚀等原则来确定调速范围。综合各原则水泵调速运行时的约束条件是 0 8 ，。朋1 0 5 刀。；( 刀。为水泵的额定转速) 。变频调速是理想的节能措施，考虑 投资较大，应用时必须进行节电计算以论证能否在计划年内收回投资。 变频调速装置：异步电动机的转速，l 与电源频率厂成正比，与电动机极对数 p 成反比，见公式( 3 i ) 。 式中s 异步电动机的转差率： r 异步电动机的转速： p 电动机极对数： 胛：盟( 1 一s )胛= 二( i 一引 p ( 3 _ 1 ) 第三章城1 ，排水泵站的优化运行管理的意义、理论依据 厂电源频率。 从公式( 3 1 ) 中不难看出：均匀改变电动机定子绕阻的电源频率厂，就可 以平滑地改变电动机的同步转速。电动机转速变慢，轴功率就相应减少，电动机 输入功率也随之减少，这就是水泵变频调速的节能作用。为了保持调速时电动机 的最大转矩不变，需要维持电动机的磁通恒定，为此，要求定子绕组电压也要作 相应的调节，变频调速器兼有调频、调压两种功能，变频调速器就是基于这个原 理实现调速的【1 2 1 4 1 5 】。 当水泵转速变化时，其流量、扬程、轴功率等也相应地改变，而转速在一定 范围内变化时其水泵的效率变化不大，因此，可通过改变水泵的转速来实现调节 水泵运行工况。排水泵站可根据集水井液位控制水泵的转速，实现电耗与污水提 升量的合理配合，使控制成本大为下降，减少水泵开停次数，延长水泵使用寿命， 为泵站节能、自动控制提供条件。 变频调速是通过改变电源的频率来达到调节电动机转速的目的。变频调速的 主要优点是调速范围大，调速的平滑性好，频率可平滑地调到额定转速对应的频 率，因此，变频调速是异步电动机最有发展前途的一种调速方法【1 6 l 。变频调速的 缺点是必须具有电源变频装置( 称为变频器) ，其价格较高。 变频调速器具有能够随时搜索水泵最佳工作点的功能，使水泵在任何情况 下，其取用电流始终保持最小，功率因数和效率趋于