專利名稱：供水工程節(jié)能方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)能方法，尤其涉及的是一種供水工程方面節(jié)約電能的方法。
目前，城市和工業(yè)企業(yè)供水消耗的電能是比較大的，其中，自來水公司往往是用電大戶之一。隨著我國供水事業(yè)的發(fā)展，用水量日益增加，并且輸水距離加長，因此，電能消耗也越來越大。為了節(jié)約能源，必然要考慮采用高效節(jié)能的輸水設備，同時，高效節(jié)能的輸水設備又必須與輸配水管網(wǎng)的用水量和水壓變化相適應，使之維持高效的工作狀態(tài)。實際上，城市用水量每天每時都在變化，最大時用水量的持續(xù)時間較短，平均時和最小流量持續(xù)的時間較長。而當前供水工程設計，僅通過管網(wǎng)平差，采用最大日最大時的流量(Q)，保證管網(wǎng)中控制點的水壓，計算出總的揚程(H)，以此選擇和確定水泵機組型號和臺數(shù)。這樣的設計參數(shù)(Q、H)在水泵特性曲線H—Q圖上，只是一個點為高效的，并且說明所選擇的水泵機組能滿足最大流量輸送到管網(wǎng)最不利點的水壓要求。當夜間用水量小時，管道流速降低，水力損失也減小，水泵工作揚程有富余，而增加了水泵吸水位至管網(wǎng)最不利點的幾何高差，造成能量損失。還有為了減少水泵的出水量，關小水泵出水管的閘門，增加了管網(wǎng)的局部阻力，人為增加了水力損失。
本發(fā)明的目的是提供一種以未曾概化的管網(wǎng)理論特性曲線為基礎來確定水泵機組的工作范圍，使水泵機組與輸配水管網(wǎng)在高效范圍內(nèi)合理配合運行的供水工程節(jié)能方法，以克服現(xiàn)有技術存在的缺陷。
本發(fā)明的具體方法如下1.繪出不同管徑組成的管網(wǎng)的概化理論特性曲線。
由水力計算公式H＝Hz＋SQ2……(1)取對數(shù)得log(H－Hz)＝logS＋2logQ……(2)當logQ＝0時，log(H－Hz)＝logS，通過圖解法確定logS，求其反對數(shù)為S值，代入公式(1)的曲線方程，管網(wǎng)概化理論特性曲線即能繪出，如圖—1所示。
2.根據(jù)城市用水量變化曲線和管網(wǎng)概化理論特性曲線選擇水泵機組的型號和臺數(shù)。采用全日最大時流量的70％為選泵的特征流量，考慮常用離心泵性能曲線的高效段在設計流量的0.85—1.15之間，所以確定了特征流量Qp(0.85—1.15)。
3.變速泵臺數(shù)的確定。全日設計水量減去定速泵和調(diào)速泵全速運行最大時的持續(xù)供水量，再減去調(diào)速泵最小用水量，其差值再除以變速泵的調(diào)節(jié)水量，調(diào)節(jié)水量是變速泵最大時流量的30％。
實施例以黑龍江省某個城市為例1.繪出不同管徑組成的管網(wǎng)的概化理論特性曲線管網(wǎng)中各種不同的管徑其水力計算公式是一致的，即H＝Hz＋SQ2……(1)式中H—總揚程(m)Hz—水泵吸水位至管網(wǎng)最不利點的幾何高差(包括自水頭)(m)S—管網(wǎng)綜合阻力系數(shù)(S2/m5)Q—流量(m3/S)公式(1)中，Hz是管網(wǎng)控制點與水泵吸水池水位之間的高差，設計為確定的值，管道的材質(zhì)、管徑和管段的長度決定后，按不同管徑的經(jīng)濟流速，通過管網(wǎng)平差計算，不同流量Q可以求得相應的揚程H。H－Hz＝SQ2為曲線方程。為求得綜合阻力系數(shù)S值，可對水力計算公式取對數(shù)，即log(H－Hz)＝logS＋2logQ……(2)以公式(2)中l(wèi)og(H－Hz)為豎軸，logQ為橫軸，則logS為截距，如圖—2所示。就是說，當logQ＝0時，log(H－Hz)＝logS，則S值通過管網(wǎng)平差確定了H、Q以后來求得。
管網(wǎng)平差由計算機將管網(wǎng)上各節(jié)點和管段的流量分配輸入后，按不同管徑對應的經(jīng)濟流速、各管段管徑和水力損失值，自行達到閉合。對于一定的管網(wǎng)布置圖，確定了控制點Hz以后，從城市用水的最小流量Q1至規(guī)劃最大流量Q，依次進行平差計算(5次即可)。
H1－Hz＝SQH2－Hz＝SQH－Hz＝SQ對于公式(3)各方程分別取對數(shù)，畫出圖—2的直線方程。通過圖解法確定logS，求其反對數(shù)為S值，代入公式(1)的曲線方程，管網(wǎng)概化理論特性曲線即能繪出。
2.根據(jù)城市用水量變化曲線和管網(wǎng)概化理論特性曲線選擇水泵機組的型號和臺數(shù)。采用全日最大時流量的70％為選泵的特征流量，考慮常用離心泵性能曲線的高效段在設計流量的0.85—1.15之間，所以確定了特征流量Qp(0.85—1.15)。
輸配水管網(wǎng)中流量的變化，主要是用戶在24小時內(nèi)對供水的需求量不同而引起的，有最大用水時、平均用水和最小用水量。無論是城市和工業(yè)企業(yè)都存在用水變化曲線，該曲線表現(xiàn)24小時該城市用水量變化情況(如圖—3)。
圖中最大時用水的持續(xù)時間僅4小時左右(800—1200)，如在工程設計中，水泵機組的運行只滿足最大時用水在高效點工作的要求，顯然使節(jié)能問題的深化受到限制。就是說當前仍按最大時用水量來選泵的設計習慣有必要提高和改進，應考慮全日大部分供水量都使機組在高效范圍內(nèi)運行。這就需要研究用水量變化曲線上平均每小時用水百分比4.166％(100％/24)和泵站的工作泵全部運行的最大供水時工作曲線持續(xù)時段(600—1200，共6個小時)每小時的供水百分比6％之間的比例關系。如4.166/6≈70％乘以泵站最大時供水量以Qp表示(Qp＝Q最大乘以70％)為選泵的特征流量。又因為常用離心泵性能曲線的高效段一般在0.85—1.15Qp之間，所以確定了Qp以后，又合理的選用水泵機組，則全日大部分設計水量，甚至全部供水量均可處于機組的高效范圍內(nèi)運行。
3.確定變速泵的臺數(shù)。全日設計水量減去定速泵和調(diào)速泵全速運行最大時的持續(xù)供水量，再減去調(diào)速泵最小用水量，其差值再除以變速泵的調(diào)節(jié)水量，調(diào)節(jié)水量是變速泵最大時流量的30％。
管網(wǎng)中流量的變化，輸配水揚程也發(fā)生變化，這由管網(wǎng)的概化理論特性曲線可展示清楚。為使水泵機組運行適應這樣的變化，應用定速泵與變速泵相配合的運行方式。當最大用水量，定速泵和變速泵全速并聯(lián)運行(如圖—4中A點所示)，在平均用水時和用水量減小的情況下，定速泵逐臺停運，變速泵減速，并聯(lián)機組與管網(wǎng)特性曲線上的工作點由A點沿曲線下滑到B點。這種情況一般發(fā)生在夜間，變速泵在低速的定速下運行。圖—4中，曲線1為定速泵和變速泵全速并聯(lián)運行的特性曲線。曲線2是變速泵在低速定速的并聯(lián)曲線。兩曲線之間扇形面是調(diào)速范圍，調(diào)速的范圍主要決定水泵和電機的綜合效率η，水泵的效率在減速時一般允許降低3％—4％是出于節(jié)能的目的。這樣調(diào)速機組由100％的全速，也只能降至70％—75％。根據(jù)調(diào)速規(guī)則no/n＝Qo/Q，no、Q。為調(diào)速泵全速運行的轉(zhuǎn)速與流量；n、Q為調(diào)速泵減速運行的轉(zhuǎn)速與流量。其流量減少了25—30％，此值為流量調(diào)節(jié)量(30％Qo)。水泵站是由多臺水泵機組配合運行，其中調(diào)速泵設置的臺數(shù)是由全日流量變化范圍與調(diào)速泵的流量調(diào)節(jié)值之比(Q大-Q’小)/30％Qo來確定。式中Q大為全日設計水量減去定速泵與調(diào)速泵全速運行的最大時持續(xù)供水量的差值。Q’小為調(diào)速泵按70％供水時持續(xù)供水量。
水泵機組的調(diào)速，近年來在電氣方面多采用可控硅串級調(diào)速和變頻調(diào)速，相應配合程控PLC自動化技術，實行自動控制。
調(diào)速的自動控制由管網(wǎng)控制點的自由水頭Hz來執(zhí)行。供水系統(tǒng)運行時，Hz值比原設計高了，說明管網(wǎng)中用水量已減少，指示變頻電機應減速，使Hz保持設定值；Hz低了，說明管網(wǎng)用水量正在增加，指示變速電機要提高轉(zhuǎn)速。在管網(wǎng)水壓控制點安裝壓力表及傳感器實現(xiàn)自動指示。管網(wǎng)控制點往往距泵站較遠，有滯后問題，但水壓波的傳播速度相當于聲速，對于供水行業(yè)，滿足流量的變化問題不大。另外，也可以通過程控，PLC按不同時間，遵循流量變化曲線，直接指示水泵機組送出所要求的流量。
定速泵的功率為W定＝(HQ/100η)K調(diào)速泵的功率為W調(diào)＝(K/102η)(HzQ＋SQ3/3)定速泵和調(diào)速泵以相同的供水流量求得計算功率，再乘以持續(xù)時間，就可以確定調(diào)速泵和定速泵各自消耗的能量。
本發(fā)明的積極效果是參照管網(wǎng)概化理論特性曲線和水泵機組綜合特性曲線不同水量的工作點，就可確定定速泵和變速泵的功率的大小。如圖—5所示，定速泵的功率為距形面積QH，調(diào)速泵功率則為曲線下部的面積abcdof。因為距形面積大于曲線下的面積，故明顯的展示出節(jié)能的效果。
權利要求
1.一種供水工程節(jié)能方法，其具體步驟是(1).繪出不同管徑組成的管網(wǎng)的概化理論特性曲線。由水力計算公式H＝Hz＋SQ2……(1)取對數(shù)得log(H－Hz)＝logS＋2logQ……(2)當logQ＝0時，log(H－Hz)＝logS通過圖解法確定logS，求其反對數(shù)為S值，代入公式(1)的曲線方程，管網(wǎng)概化理論特性曲線即能繪出。(2).根據(jù)城市用水量變化曲線和管網(wǎng)概化理論特性曲線選擇水泵機組的型號和臺數(shù)。采用全日最大時流量的70％為選泵的特征流量，考慮常用離心泵性能曲線的高效段在設計流量的0.85－1.15之間，所以確定了特征流量Qp(0.85－1.15)。(3).確定變速泵的臺數(shù)。全日設計水量減去定速泵和調(diào)速泵全速運行最大時的持續(xù)供水量，再減去調(diào)速泵最小用水量，其差值再除以變速泵的調(diào)節(jié)水量即獲得變速泵的臺數(shù)。調(diào)節(jié)水量是變速泵最大時流量的30％。
全文摘要
一種供水工程節(jié)能方法,屬于節(jié)能技術領域,其特點是:首先繪出不同管徑組成的管網(wǎng)的理論概化特性曲線,然后根據(jù)城市用水量變化曲線和管網(wǎng)理論概化特性曲線選擇水泵機組的型號和臺數(shù),最后,確定變速泵的臺數(shù)。本發(fā)明使水泵機組與輸配水管網(wǎng)在高效范圍內(nèi)合理配合運行,達到了節(jié)能的效果。
文檔編號E03B7/00GK1327111SQ00110490
公開日2001年12月19日 申請日期2000年6月1日 優(yōu)先權日2000年6月1日
發(fā)明者徐景穎 申請人:徐景穎