泵站优化控制范文（精选7篇）
泵站优化控制 第1篇
就目前的情况来看, 我国在沉井施工技术上依然存在着一定的弊端。在如今这个经济建设不断发展的时代中, 对于污水泵站而言, 我们需要不断对沉井的施工方法进行更新, 让其技术的可靠性得到有效的保障。同时, 要进一步优化挖土环节的管理, 保证每一个环节能够在稳定性上得到有效的提升, 从而从根本上满足实际工作的需要。
1 工程概况
3#污水泵站, 主要是通过提升将城市污水经过管道输送到城市污水处理厂的一个提升污水泵站。泵站位于平湖市环北二路。通过多种方案对比, 最后将污水泵站结构设计为沉井结构。其中沉井结构为方形, 沉井外边尺寸为13.5×11.5米, 外墙厚0.9m, 隔墙厚0.6米, 向下沉的深度为13.74m。
2 技术优化与控制
2.1 沉井制作
2.1.1 采用垫架法刃脚支设
由于刃脚支设沉井难度较大, 具有一定的重量, 其地基强度较低, 而且主要采用的是垫架法支撑。通常情况下沉井刃脚铺设标准为 (160mm X220mm X2500mm) 作为支撑垫架的垫木, 然后再在上面支设刃脚及井壁模板, 浇筑一定量的混凝土。同时地基铺设主要使用的是砂垫层, 这样有利于减少垫架的数量, 促使沉井重量扩散到更大的面积。通过这些策略的实施, 能够避免在沉井制作过程中常常出现的不均匀现象, 也更加容易找平, 从而为铺设垫木和抽除提供更方便的条件。在条件允许的情况下, 要想工程能够顺利的开展, 也可以将枕木间距进行合理的控制, 确定其对架组的设置, 让整个砂垫层的厚度能够有效的满足工程的实际需要。同时, 在实施过程中, 我们应该根据实际的情况来对砂垫层的自重应力进行优化, 以此来满足砂垫层底部的承载力要求。一般情况下, 通过正确使用平板振动器, 提高沙的平整度和密实度, 确保沉井的制作和下沉创造有利条件。
2.1.2 混凝土浇筑
一般情况下, 浇筑过程中主要采用的是商品混凝土, 通过泵的输送, 使商品混凝土到达沉井的浇筑位置, 以此来促使混凝土能够沿着沉井壁进行均匀地浇筑。在浇筑的方法上, 一般情况下是采用了“分层平铺法”, 每层混凝土的厚度应该维持在30cm左右。并且, 应该将沉井沿周围分成多段, 进行同时的浇筑。另外, 必须保持污水泵站沉井在下料中的均匀性, 避免出现侧浇灌的现象, 有效防止沉井出现倾斜。而在接缝环节中, 应该在两节混凝土的接缝之处设置出“凹型”的水平施工缝, 上节的混凝土要等到当下节混凝土的强度达到70%以后, 上节混凝土才能进行浇筑。
2.2 沉井下沉环节的优化
我们必须通过各种手段来进行积极的预防工作。在已经出现倾斜的情况之下, 我们可以通过对沉井回填砂石环节的优化来进行处理。优化之后, 能够有效地促进井外射水环节的完善, 才能避免局部偏心压载的现象出现。同时, 通过优化也有利于偏差的纠正, 让均匀分层下的下沉环节能够稳定有效的运行。在现实的施工过程中, 致使沉井失败的原因有很多, 倾斜现象便是其中最为常见的因素。在倾斜情况下, 沉井所发生的一些列下沉都有可能致使沉井发生位移现象。另外, 在纠正倾斜现象的过程中, 因为一些因素的影响, 沉井极有可能会沿着倾斜的方向再次出现位移。因此, 预防位移现象发生的重点在于避免倾斜状态下出现的下层现象。那么, 我们就应该加强对沉井的观测工作, 对于已经出现的倾斜现象要及时的纠正。此外, 在位移的纠正过程中, 应该有意的使沉井向位移的相反方向倾斜, 然后再沿倾斜方向下沉, 直到刃脚中心和设计中心的位置吻合的时候, 再对倾斜进行纠正。同时, 因为纠正倾斜时的重力作用所产生的位移现象, 可以有意的向位移的一方倾斜, 然后使其向位移相反方向产生位移的纠正。
2.3 沉井整体运作环节的优化
在浇筑混凝土的过程中必须促使各个分层的厚度具备有效性与规范性, 以此来实现其捣固密实性的提升。另外, 在对混凝土进行养护时, 应该优化浇水的环节, 以此来提高混凝土的强度和规范性。同时, 让每一个环节的封堵实现有效性。只有这样, 下序环节才能够继续运行。
2.4 根据地质情况, 采用不排水挖土法
在水下进行挖土作业的时候, 应该大力的采用长臂挖掘机。同时, 在作业的过程中应该坚决避开刃角。当下沉的系数较大时, 应该从中间的部分开始挖掘, 然后沿着刃角周围保留, 让沉井变回挤土下沉。另外, 在挖土的过程当中, 在中间的部位时不能开挖过深, 保持在低于角低1m-1.5m左右。沉井通过自重下沉的作用将刃角下的土挤向中间, 然后再从井空中继续进行挖土作业, 便会实现沉井下沉的效果。通过“不排水挖土法”的采用, 不但能够实现沉井平稳下沉到位的效果, 更能有效的对井周地面的沉降进行有效的控制。
2.5 不排水封底法
(1) 对于井底的浮泥, 一定要清理干净。首先, 应该对浮泥进行清理。其次, 将与新旧混凝土接触的部位进行冲洗, 待到冲洗干净之后再进行凿毛。最后, 铺上碎石垫层, 浇筑一层混凝土。
(2) 当封底在水下浇筑混凝土时, 必须对导管浇筑井底垫层的混凝土进行提升。而在这个过程中, 应该采用d200mm-d300mm的导管。同时, 在每跟导管的上方应该装置数节1000mm左右的短管。而导管的有效作业半径应该维持在3m-4m之间。另外, 在浇筑时, 导管插入混凝土的深度不应小于1m、水平混凝土的平均上升速度不应大于2500mm/h、坡度则不应大于1:5[2]。
3 结束语
近年来, 通过不断地实践与不断地改进, 污水泵站的沉井施工技术从根本上得到了明显的提高, 这对整个污水泵站的长期发展来说, 沉井施工技术的不断提高势必将为沉井的施工打下坚实的基础, 并为沉井施工技术创造出一些相应的有利因素。
摘要：在处理污水或是净化的过程当中, 污水泵站沉井施工的技术能够为污水泵站的工作效率带来有效的保障, 能够有效的提高处理能力。而对沉井施工技术的优化, 是整个污水泵站能够持续发展的基础。本文通过对污水泵站沉井施工过程中的难题展开了系统的分析, 并提出了相关的措施来对沉井施工的技术进行优化与控制。
关键词：污水泵站,沉井施工,优化控制
参考文献
[1]刘晓峰, 杨春玲.污水泵站沉井施工技术[J].建筑技术开发, 2010, 11:24-26.
泵站优化控制 第2篇
我国黄河流域农业灌溉用水多引用黄河水源实施灌溉,由于区域起伏较大,一般都采用多级提灌泵站来进行分级提水,每级提灌泵站除了完成本区域灌溉用水外,还必须为后续多级泵站的区域提供灌溉用水量。多级泵站实施调度时,往往任何一级泵站提水量或区域用水量发生较大变化时会对整个梯级泵站系统运行调节产生很大影响,单纯依靠人工经验调节是很难做到优化调度的。因此,多级提灌泵站工程存在着效率不高、能耗大、提水成本高等问题,甚至出现弃水或泵站前池无水可抽,造成水资源浪费或灌溉保证能力下降,严重时造成漫水毁渠或损坏设备等重大事故,从而使泵站工程效益降低。如果对其应用计算机技术、网络通信技术及先进的控制理论进行优化调度,节能效果将十分显著,还将降低事故风险。
多级提灌泵站优化调度就是在不同时段的供水需求条件下,在保证提水可靠的基础上,通过各级泵站的水泵优化组合,协调好前一级提水泵站与本级泵站的综合运行,以降低提水系统能耗,提高供水效率与效益。然而随着各级干渠用水需求的变化,整个泵站系统机组的优化调节也是动态变化的,如果采用一般的控制,势必造成水泵机组的频繁启动与停止,并且往往易导致机组偏离水泵的高效区间运行。这不仅增加操作人员的工作强度,增加了耗电量,而且也增大了对机组等设备的损耗,其运行的可靠性也难以保证。
1 概 况
以某一座多级泵站中的两级站为例,即前级取水泵站和本级泵站,其中前级泵站有5台套水泵机组(含2台变频机组),本泵站有4台套水泵机组(含1台变频机组)。前级泵站提水通过干渠输水送到本级泵站的进水池,两级泵站之间的灌区需要分流灌溉,消耗一定的水量。
多级灌溉泵站的主要特点是,前级泵站除了为后一级泵站提供水源外,每两级泵站之间还需要为区域灌溉提供用水,并且各级之间用水不平衡,不同时间、不同作物品种用水量相差很大,很容易造成两级泵站取水量与用水量不平衡问题,易出现本级泵站进水池水位超过或者低于警戒水位的危险情况,危及本级泵站的安全运行。如果仅单纯采用调节前级泵站的2台变频机组运行频率来适应本级泵站需水量的变化,易受到水泵扬程、机组安全与变频机组的频率调节范围等因素的限制,在实际灌溉运行过程中还可能出现本级泵站进水池水位变化幅度大,水泵机组运行效率低下的现象。
2 优化控制策略
控制本级泵站进水池水位的关键是能够根据水位的变化适时调节前级泵站机组的运行方式,包括运行的台数以及变频机组的运行频率等,由于既要控制机组开启的台数,同时也要控制变频机组的运行频率,控制中既涉及了离散控制(机组运行的台数控制),又有常见的连续控制(变频机组运行频率的控制),采用传统的单一控制很难实现控制目标。因此,系统采用一种混合控制模式,利用智能控制和传统控制相结合的一种控制策略:模糊控制+PID调节控制。由模糊控制策略实现机组运行台数的控制,而PID控制策略实现对变频机组运行频率的控制。泵站优化调节控制策略流程示意图,如图1所示。
控制系统将本级泵站进水池的水位与设定水位值相比较,实时的通过PID算法调节前级泵站变频机组的运行频率。当系统判断需要调整机组运行状态时,系统执行优化调节控制策略中的模糊控制算法,再调节前级泵站机组的运行状态(增加或减少机组的运行台数)。
在图1中,判断是否要执行模糊控制是实现泵站优化调节的关键。当条件设置的比较弱时,系统可能会频繁的执行模糊控制算法,进而可能出现机组频繁切换的情况,在泵站运行过程中是不允许出现的。而当条件设置的比较强时,系统的调节性能将大大降低,优化调节控制策略不能很好地跟随系统的变化。综合以上的分析以及系统的实际情况,本文中设定需要调用模糊控制算法的条件是:当前PID控制调节已经达到变频机组频率调节的上下限值,并且当前水位值还在持续的向同一方向变化(水位持续的升高或下降)。
3 模糊控制算法的实现
3.1 模糊控制器的结构
在系统中将模糊控制器设计为双输入单输出的结构,在模糊控制过程中,同时把系统的实际值与设定值的偏差以及偏差变化率作为模糊控制的输入量,这样不仅能保证系统控制的稳定性,而且还可以减少超调量和振荡现象。在该系统中确定模糊控制的输入量为:进水池水位差与水位差变化率。模糊控制输出量为:前级泵站机组运行台数。模糊控制器结构图如图2所示。
3.2 输入与输出变量的模糊子集
模糊集中隶属函数的形状,对控制器的特性影响不大,而各模糊子集的隶属函数对论域的覆盖面积的大小,则对模糊控制器的特性影响较大[1]。本文中各模糊子集的隶属函数取三角形函数。水位差e的语言变量的模糊论语为(-3,3)选取7个模糊子集:{负大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZO),正小(PS),正中(PM),正大(PB)},分别表示当前水位相对于设定水位的7个状态,依次为:“极高”、“很高”、“偏高”、“正好”、“偏低”、“很低” 、“极低”。
误差变化率Δe的模糊论语为(-2,2),对应5个模糊子集:{负大(NB),负小(NS),零(ZO),正小(PS),正大(PB)},分别表示当前水位的变化为:“快速下降” ;“下降”;“不变”;“上升”;“快速上升”。
由于系统输出变量U为前级泵站的机组运行组合,根据以往运行经验,确定U的模糊论域为(-3,3),模糊子集为:{负大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZO),正小(PS),正大(PB)},分别表示:①0台机组运行;②1台变频机组运行;③1台变频机组,1台非变频机组运行;④1台变频机组,2台非变频机组运行;⑤1台变频机组,3台非变频机组运行;⑥2台变频机组,3台非变频机组运行。
3.3 模糊控制规则
建立模糊控制规则的基本思想应是在尽量保证系统工作的稳定性的同时,减小误差。其总的原则是:当误差较大时,选择较强的控制量来快速消除系统误差;而当误差较小时,应根据误差的变化趋势选择合适控制量,此时以系统的稳定性为主,要注意防止超调。在本系统中根据实际运行经验,综合以上基本原则[2],系统的模糊控制规则总结成模糊控制规则表,如表1所示。
3.4 输出量的反模糊化
由模糊控制输出表得到的控制输出是一个模糊隶属函数或模糊子集,它反映了控制语言的模糊性,是不同取值的组合。然而在实际应用中要控制前级泵站的水泵这一物理对象,只能在某一时刻有一个确定的控制量,这就必须要从模糊输出隶属函数中找出一个最能代表模糊集合即模糊控制作用可能性分布的精确量,这就是输出量的反模糊化。目前最常用的方法是最大隶属度函数法、取中位数判决法和重心法。由于重心法既突出了主要信息,又兼顾了其他的信息,所以显得较为贴近实际情况,因而系统采用该方法作为输出反模糊化的方法,结合模糊控制规则表,运用该方法可得到如表2所示的模糊控制表。
4 基于PLC的模糊控制算法的实现
PLC在运行过程中通过监测的输入变量(水位的误差,水位误差变化率),并将它们进行模糊化处理,设输入变量的基本论域为{-l,l},其模糊集论域为{-n,n},则模糊化处理的公式为[3]:
式中:k=n/l为量化因子。
根据模糊化后的输入量,再按照模糊控制规则就可以得到此时模糊控制算法的输出控制量U。
模糊控制算法中如何通过PLC计算得到相应模糊控制输出是最为关键的,本文采用了一种基于查表的程序设计,在离线方式下将控制量U的模糊论域值存储在PLC的一些特定内存单元中。在程序执行过程中通过查表,可以很快的定位到对应控制量U的内存单元地址。模糊控制算法程序设计流程图,如图3所示。
5 机组PID调节的实现
前文研究了泵站机组调用模糊控制算法的条件是:当前PID控制调节已经达到变频机组频率调节的上下限值,并且当前水位值还在持续的向同一方向变化(水位持续的升高或下降)。那么,在本级站进水池水位变化不需要采用模糊控制算法对前一级站进行优化调节时,可采用PID调节对前一级站变频机组进行频率调节以满足本级站水位水量要求。
PID控制具有使用方便、适应性强等优点,是应用最广泛的控制方式之一。尤其当不能完全掌握被控对象的结构和参数或得不到被控对象的精确模型时,必须依靠经验和现场调试来确定系统控制器的结构和参数,采用PID控制技术最适用的。
由于需要用PLC实现PID算法,传统的模拟PID控制没法实现,必须采用数字PID算法。与模拟PID控制器相比,采用数字PID控制算法可以很方便地在控制器中在线修改控制PID参数,很容易实现复杂的控制规律。对连续函数进行离散化即为数字式的差分方程[4]:
式中:T为采样周期;E(k)为第k次采样时的偏差值;E(k-1)为第k-1次采样时的偏差值;k为采样序号;P(k)为第k次采样时的调节器输出。
根据递推原理,可得增量式PID算法为:
式中:Kp为比例系数;Ki=Kp(T/Ti)为积分系数;Kd=Kp(Td/T)为微分系数。
PID的3个调节参数对系统的调节是相互独立的,互不影响。当只改变一个参数时,不会影响其他参数对系统的调节作用。对于大多数系统来说,单独使用一种调节控制规律很难达到理想的控制效果。在实际系统运行过程中,一般需要将PID的3个调节作用组合使用,使控制系统快速、平稳、准确的运行,最终达到理想的控制效果[5]。
对于PID算法当前值和输出值的设定需要注意的是:由于变频器在改变水泵运行频率时受到水泵特性的限制,不可能让水泵长期处于低频状态下运行。因为水泵转速下降幅度过大时会导致水泵效率的大幅下降,并且水泵的扬程也会下降。综合考虑水泵的运行效率以及扬程需要将变频器的下限频率设定为一个下限频率,比如:35 Hz。而一般灌溉用水泵的运行最高频率不宜超过50 Hz,因为当水泵运行速度超过额定转速时容易引起动力机超载,发生气蚀,造成水压增高,机组振动等现象,易使设备损坏,所以PID算法的输出的最高频率设定为50 Hz。
6 结 语
基于水位的泵站优化控制策略以本级泵站进水池水位为控制目标,在该控制策略中将模糊控制算法和PID算法相结合,使得控制系统能够根据水位的变化适时调节前级泵站机组,包括运行的台数以及变频机组的运行频率,克服了单一PID调节方式下水位变化幅度太大,机组效率低下等问题。同理,在多级泵站控制调节中可以依次类推,即本级泵站又是后一级泵站的前级,后一级泵站就是本级泵站,从而可以联动完成多级泵站的控制调节,达到整个多级提水泵站系统的控制优化调节。
摘要：我国中西部地区引用黄河水灌溉工程多采用多级提灌泵站,每级提灌泵站除了完成本区域灌溉用水外,还必须为后续多级泵站提供灌溉水量。主要探讨了基于任一级泵站进水池水位的机组优化调节控制策略,采用了模糊控制算法和PID算法相结合的综合调控方式,使得系统在本级泵站用水量发生变化时能够实现前一级提灌泵站的机组优化组合调控,优化调节完成前一级泵站与本级泵站的综合运行,从而降低提灌泵站的综合能耗,提高多级提灌泵站的灌溉效益。
关键词：泵站优化控制,模糊控制,PID控制
参考文献
[1]张国忠.智能系统及应用[M].北京:中国电力出版社,2007.
[2]李士勇.模糊控制神经控制及智能控制理论[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998.
[3]闻新,周露,李东江,等.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用[M].北京:北京科学出版社,2001.
[4]于长官.自动控制原理[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1999.
泵站优化控制 第3篇
1、泵站分层分布式优化设计方案和测控模式
开放式的分层分布式结构是现代泵站自动化测控系统的主流, 这种系统结构可以根据泵站功能需求划分为若干个相对独立的现地测控保护单元, 并按照层级将对应的测控保护系统上传到泵站主控级操作站和远控机集中调控主站, 完成测控保护数据实时通信共享需求。根据泵站自动化控制系统功能特性需求, 经通信通道将系统任务传送到各层对应的测控保护装置中, 完成相应的远程操控和保护动作命令的执行。
2、分层分布式泵站自动化控制系统优化设计的实例方案
2.1 工程概况
某泵站建于1999年, 配置有5台升压水泵, 水泵型号为泵站1200ZLB-125型轴流泵, 电机型号为JSL-15-12, 功率为280k W;1台水闸;由1台1600k VA 10k V/0.4k V的油变压器向五台交流电机提供0.4k V电源。在经过10余年的运行后, 水泵电气设备出现绝缘老化、性能下降等问题, 同时水泵自动化系统其调控技术已严重滞后, 自动化故障问题时有发生, 给泵站安全稳定经济运行带来巨大隐患。因此, 结合泵站水泵机组实际调度运行情况, 对原泵站自动化控制系统进行技术升级更新改造, 有效提高水泵运行安全可靠性和节能经济性, 已成为泵站节能改造的重要技术手段。
2.2 分层分布式自动化控制系统节能改造方案
泵站自动化控制系统在升级改造过程中, 坚持以“先进实用、安全可靠、节能经济”等作为总体技术升级改造设计目标, 其主要改造目的在于实现水泵机组自动调控、远程集中调控、水位自动测报、水闸自动控制、远程监视监控等功能目标。结合泵站自动化控制系统优化设计方案, 该泵站自动化控制系统采用分层分布式结构、高性能测控保护设备和自动化测控通讯监控软件, 对原有自动化控制系统进行技术升级改造, 以确保泵站自动化控制系统具有较高的调控运行安全性、可靠性和节能经济性[2]。
根据泵站的实际调控功能及远程监视监控目标需求, 分层分布式自动化控制系统按照控制权限不同分为三层, 从低到高依次分别为:现地级、主控级和远控级。
2.3 现地级
现地级主要由PLC控制器为核心的LCU现地控制单元组成, 本泵站自动化控制系统现地控制层主要由1~5号水泵主机LCU、公用LCU和辅机LCU共同组成, 主要包括测控保护采集系统、测控保护信号处理系统、测控保护信号输出系统以及远程网络实时通信系统等共同组成。当泵站主控机中央控制工作站经内部高级应用软件运算分析形成对应的测控保护指令执信号后, 通过网络交换机经光纤以太环网完成相应的远程操控, 直接控制现地级各现地测控保护单元中的自动化测控保护元件的运行和执行对应的控制保护命令。
2.4 主控级
主控级为整个泵站自动化控制系统的中枢, 它首先通过网络交换机汇总并分析现地级测控保护单元所采集的实时测控保护数字信号, 并由内部DSP数据处理器和高级应用软件管理系统进行实时运行分析处理后, 形成对应的调控命令完成远程操作。泵站自动化控制系统通过网络交换机和光纤以太网完成对各水泵机组及水闸闸门的远程电动操控;通过水泵电机的无级调速来完成各水泵机组运行工况状态的高效节能调节, 同时, 在主控机操控主机中, 通过对应的模拟仿真高级应用软件实时显示水泵机组、水闸闸门的实时操作情况、运行状态、监视监测数据、以及泵站配电网系统的实时运行工况状态, 并将运行状态和测控保护数据进行分类保存、运算分析和打印输出。主控级监控操作主站会将系统形成的调控保护数据经Internet浏览器上传到局域网络服务器中, 实现与远控调度中心的实时通信共享, 进而实现泵站自动化系统的网络化远程监视和调控操作管理。主控级操控主站配置完善的人性化人机互通界面, 有完善清晰的操作提示, 简单、易懂且易于操作, 可以大大提高用户使用便捷可靠性。
2.5 远控级
远控级可以按照区域泵站群或梯级泵站网络所上报的实际运行工况状态信息进行集中综合管理, 以便制定科学合理的区域水泵机组运行工况的调控策略。远控级也可以通过Internet网络服务器获得泵站主控级中控室操作主站的控制权限, 以实现调度中心直接对泵站自动化系统中的设备系统运行状态进行远程实时监视监控和集中经济调度, 便于区域内水资源的合理经济调配管理。
3、结语
泵站自动化系统采用分层分布式计算机监控系统进行技术升级改造后, 不仅可以完善泵站自动化系统的建设监控功能, 满足泵站水泵机组和水闸安全可靠、节能经济运行及运行参数实时测控保护的功能需要, 同时泵站自动化控制系统较高的控制水平和先进的设备功能, 为泵站实现“无人值班、少人职守”调控运行提供了非常良好的技术支撑了有利条件, 且该监视监控保护系统具有操作方便、可靠性强、灵活性高等优点, 在泵站自动化控制系统技术更新升级改造领域具有较大应用前景。
参考文献
[1]周庆忠, 徐青.大型泵站计算机监控系统的若干问题探讨[J].中国农村水利水电, 2008, (2) :74-75.
上埔泵站优化设计综述 第4篇
关键词：深圳市,北线引水,上埔泵站,优化设计
0 引 言
上埔泵站位于广东省东莞市凤岗镇内, 是深圳市北线引水工程的取水头部。北线引水工程年引水量为3.1亿m3, 上埔泵站设计流量为14.0 m3/s, 泵站设计扬程为57.3 m, 安装6台单级双吸中开蜗壳式离心泵, 其中2台备用, 泵站装机功率为6×2 500 kW。上埔泵站设在东深供水工程上埔抽水站旁, 建在已废弃的一期泵站站址处, 是一座拆旧建新的大型抽水泵站。作为深圳市北线引水工程的重要组成部分, 其工程等别属Ⅱ等工程, 工程规模为大 (2) 型。泵站枢纽由泵房、变电站、进水前池、出水总管、量水间、拦污栅闸、溢流堰、泵站交通桥等部分组成。建筑物防洪标准为50年一遇洪水设计, 200年一遇洪水校核。
1 枢纽布置
1.1 进水前池布置
上埔泵站在原旧泵站位置重建, 泵站轴线与已建东深二期泵站平行, 前池为侧向进水, 由于前池在顺水流方向长度受到限制, 且该泵站引水前池与东深二期泵站共用, 中间用导流墩墙隔开, 北向用扶壁式挡土墙挡土及引流。为了确保东深干线运行安全及建成后两工程泵站均能正常取水, 设计委托河海大学进行了水工模型试验。试验认为:原设计为减少征地拆迁, 利用现有取水口和采取前池侧向引水, 经试验验证, 只要采取适当的辅助工程措施, 总体布置是安全、可行的。通过模型试验, 在前池入口设置导流墩、墙及两道底坎, 优化前池体形, 将前池底坡由原设计1∶10调整为1∶5, 缩小前池进口宽度。经优化, 跨前池公路交通桥由弧线桥改成直线桥, 跨度由90 m缩短为76 m, 前池开挖量和池壁挡土墙工程量均有显著减少, 节省投资数百万元。
1.2 枢纽站桥分离布置
上埔原有公路桥横跨泵站引水渠, 桥面宽6 m, 3跨。上埔泵站扩大了原有的引水前池, 截断了东深上埔抽水站南北两岸的主要交通通道, 因此须重新修建公路桥连接引水口两岸的交通。新修公路桥桥面宽7.5 m, 4跨, 长76 m。为便于泵站运行管理、改善泵站环境, 上埔泵站枢纽采用站桥分离布置方式。
1.3 上埔渠溢流堰布置
上埔渠道是现东深上埔二期泵站的出水渠道, 渠道末端延伸至雁田水库坝下, 经二级泵站提水入库。上埔渠集雨面积1.0 km2, 汛期需经由上埔溢流堰泄洪, 其堰前设计洪峰流量为19.1 m3/s, 校核洪峰流量为28.0 m3/s, 上埔溢流堰按排峰进行设计。溢流堰紧邻上埔泵站南侧布置, 堰轴线与两泵站轴线一致。根据《溢洪道设计规范》 (SL253-2000) , 开敞式溢流堰有较大的超泄能力, 宜优先选用。故上埔溢流堰选用开敞式宽顶堰, 堰顶设充水式橡胶坝挡水。
为了充分利用有限的空间, 将溢流堰紧挨泵房南面侧墙布置, 并在堰顶修建楼板、屋面, 与泵房上部结构形成整体, 作为泵站的工具间和备用发电机房。
2 泵 房
2.1 主副厂房巧妙结合
离心泵站根据机组布置, 主副厂房布置一般为分离式, 即副厂房布置在主厂房一端呈L形。这种布置方式优点是有利于主厂房通风、散热和采光, 副厂房内电气设备布置灵活紧凑;缺点是由于进、出水管上阀门较多, 泵房需较宽的空间, 另外机组台数较多时, 运行管理不方便, 副厂房的布置受地形条件限制较大。
根据本工程台数较多, 厂房较长的特点, 结合厂区地形, 对泵站主副厂房布置进行优化, 使主副厂房既巧妙结合, 又相互独立。为便于管理及维护, 减少机组电缆铺设长度, 将副厂房的变配电室、电容器室、高低压开关柜室、中央控制室、计算机网络通讯室布置在主厂房的下游侧 (即出水侧) , 其基础与主厂房形成整体式干室结构。因此, 泵站的泵房包括主厂房和副厂房两部分结构。
2.2 下部结构优化布置
副厂房布置在主厂房的下游侧, 其基础结合出水管排气阀布置, 与泵房形成整体干室结构, 减少副厂房基础投资, 同时为机组电缆进线、设备起吊、机组操作平台的设置等充分留有空间。
主厂房上游侧墙与进水池下游边墙合二为一, 节省了投资和空间, 进水池及主副厂房剖面见图1。
泵房主厂房地面以下为操作层和水泵层, 地面以上为安装检修层, 框架混凝土结构安设电动双梁桥式起重机;副厂房地面以下为出水管排气阀室, 内设出水管复合式吸排气阀、电缆桥架等, 地面以上为电气设备室。
根据选择的机组形式、台数、机组间距, 以及机组布置方式和安装检修间的布置、机组吊运及泵房内部交通要求等因素, 确定主厂房基础总长60.62 m。根据水泵及其进、出水管道检修阀和液控蝶阀的布置、操作平台的布置以及吊运设备安全距离要求等因素, 结合双梁桥式起重机的跨度模数 (19.5 m) , 确定主厂房宽度20.70 m;根据开关柜等电气设备的布置要求, 确定副厂房地面以上宽度9.90 m, 故泵房基础总宽30.60 m。
为满足上部主厂房和副厂房各自功能的要求, 同时满足桥式起重机轨道梁的架设, 在主、副厂房共用墙处, 下设1.2 m×0.6 m钢筋混凝土方柱以承受上部结构传来的荷载。
2.3 基础底板三维有限元分析与防裂措施
泵房底板基础落在强-弱风化泥岩上, 岩性为中-薄层状炭质泥岩、泥质粉砂岩等, 基岩埋藏较浅, 其承载力标准值达到320 kPa以上, 是泵房基础很好的持力层。为便于泵房顺水流向永久变形缝的设置, 泵房分4机一联和2机一联2大块, 2块底板的平面尺寸分别为34.5 m×30.6 m和26.1 m×30.6 m (长×宽) , 板厚为2 m。
泵房底板平面尺寸大且结构布置复杂, 为使底板设计尽可能与底板实际受力情况相符合, 避免应力集中以及出现影响工程使用的裂缝问题, 确保泵房结构安全, 设计采用Ansys软件对泵房底板、边墙应力进行了三维整体有限元分析计算, 并根据应力计算结果, 进行各部位的配筋。
泵站底板座落在出露的泥岩上, 2联的长度都大于规范规定的20 m, 底板受基岩的约束较大。为防止大体积、大跨度底板混凝土产生有害裂缝, 设计要求底板施工采用补偿收缩混凝土、掺加粉煤灰等措施, 以达到结构抗裂防渗的目的。
2.4 下部结构止水设计优化
在初步设计阶段, 泵房两联底板、边墙顺水流向变形缝以及上游墙与进水池闸室之间的变形缝均采用紫铜片止水, 铅直止水与水平止水刚性连接。为确保泵房防渗安全, 避免因结构不均匀沉降破坏止水, 在施工图阶段对泵房下部的止水方式进行了优化。将泵房铅直方向的刚性止水改为沥青柱结合铜片止水, 止水结构由相互错开的2条紫铜片构成, 两铜片分别嵌固于分缝两侧墙结构构造内, 中间设通长15 cm×15 cm棱形沥青柱包裹紫铜片止水。铅直与水平止水节点连接同样采用沥青柱裹住铜片, 以适应竖向不均匀沉降变形, 确保防水防渗止水安全。为了便于处理沥青柱老化问题, 在沥青井中埋设2根ϕ25蒸气加热管, 并在底部连通导热。
2.5 泵房内布置和建筑外观、立面美化
在初步设计, 泵站的机组布置采用双列交错式布置, 显得比较拥挤, 且因机组冷却风管的布置, 显得凌乱无序。在施工图阶段, 对水泵、电机选型和布置进行了优化。选用宽度尺寸较小的水泵和电机设备, 机组采用单列式布置, 便于维护管理, 同时将电机冷却方式由风冷改为水冷, 使泵站内布置更加整齐美观。
在泵站建筑设计中尽量避免“盒子工厂”的外观模式, 上埔泵站建筑外观立面追求简洁明快的现代工业建筑风格。外墙采用大面积浅黄色涂料及劈开砖, 点缀深蓝灰色装饰板, 外墙立面上选用劈开砖, 挑出突台, 增加立面的层次。整幢建筑以浅色外墙、蓝灰窗框、中灰色百叶搭配透明玻璃窗及铝塑板来加以装饰, 格调高雅, 极具现代感。
3 量水间优化布置
上埔泵站出水总管为直径3 400 mm的埋地钢管, 初步设计仅在总管上布置一套电磁流量计以计量引水量。由于计量设备口径过大, 目前如此大口径电磁流量计技术尚不成熟, 计量精确度得不到保证, 因此, 在施工图阶段优化计量设备, 在泵站每根出水支管上单独设置量水设备, 选用6套直径1 400 mm的文丘里管流量计, 为了方便设置纵向沉降缝, 2根文丘里管共用一干室量水间。
量水间上部采用钢筋混凝土框架结构, 布置钢筋混凝土轨道梁安设单梁桥式起重机以便计量设备安装检修吊装之用。量水间及泵站主厂房屋面均采用拱形钢网架结构, 四周修建女儿墙使网架不外露, 量水间外立面与泵房保持格调一致。
4 结 语
为了不断改进上埔泵站设计, 施工图阶段开始就提出了进一步优化设计的目标和要求, 对引水流态、底板大体积混凝土结构、主副厂房布置、计量设备、建筑造型以及机电选型、自动化控制等方面进行了优化设计, 取得了很好的效果, 可为今后类似工程借鉴。
参考文献
[1]深圳市水利规划设计院.深圳市北线引水工程初步设计报告[R].2005.
[2]孙卫岳.太浦河泵站设计特点[EB/OL].http://www.jylw.com.
电厂取水泵站建筑方案优化设计探讨 第5篇
关键词：取水泵站,建筑方案,建筑节能
在以往的火力发电厂建设中, 受到设计理念和经济条件的限制, 取水泵站建筑造型一般较为单一, 其建筑设计均是由水工结构专业按照工艺布置独立完成, 在满足工艺生产的要求的前提下, 一般仅简单考虑外墙色彩及必要的通行、检修和门窗等内容, 其建筑造型和内部布置未得到足够的重视。
随着经济建设的发展, 以及电厂建筑“去工业化”理念的发展, 对于部分火电厂的取水泵站, 特别是位于城区或者景点附近的取水泵站, 旧有工业建筑设计与周边环境很不协调;另一方面随着人民生活水平的提高, 也对建筑的舒适度提出了更高的要求。针对目前这种状况, 笔者将结合自身工作中遇到的情况进行一些有益的探讨。
1 位置与环境需要提高取水泵站的造型设计
取水泵站主要结构一般均处于地面以下, 地面以上主要是为满足泵站值班、检修和必要的配电等辅助用房屋。地面以下部分仅满足使用功能要求即可, 造型优化设计工作仅针对上部结构开展。
在聊城市郊某电厂取水泵站设计中, 该电厂取水位置位于聊城市东昌湖, 紧邻东昌湖南岸。东昌湖是聊城室内的景观湖, 内部风景秀丽, 湖面碧波荡漾, 已成为聊城市中心重要的风景区, 是聊城市民日常休闲, 旅游的重要场所。公园风景秀美, 周围高档住宅小区林立。按照当地景观规划不允许在此修建一个传统工业建筑外型的取水泵站。为了满足公园整体规划要求, 不破坏公园内的景观, 需要打破常规工业建筑的外观造型, 使得补充水泵站的外型与周围环境和谐、融洽。
为了满足政府及业主的要求, 我们对取水泵站从建筑立面的色彩、选材、建筑物的造型到内部结构及布置均做了修改。经过对东昌湖周围环境的踏勘, 以及与业主沟通并了解附近规划, 对泵站区域及建筑物造型进行了重新规划和布置。
东昌湖周围的房屋均为坡屋顶, 因此也将泵站各建筑物的屋面设计为坡屋面, 并根据配电室和泵房位置的特点, 将配电室屋面改为单坡, 与泵房屋面相呼应。湖边建筑物的色彩以淡黄色和灰色为主, 因而在效果图中将泵站的色彩定为淡黄色, 以期与周围其他建筑物相协调。对于围墙的设计, 对比了全部采用钢栅栏和效果图中的方案后, 认为效果图中的方案虽然略显笨重, 但其弧线更能比拟湖面波涛的形态, 而且当湖面平静时, 从湖对面望过来, 围墙的弧线与平静的湖面又可互相映衬, 相得益彰。对于泵站区域的绿化也提出了要求, 使泵站在各种绿化植物的掩映之下, 令其更加飘逸、美丽, 并出具了相应的效果图, 见图1。
在效果图经业主及聊城市有关政府部门审查后, 首先由工艺专业对泵站的布置进行修改, 使其更有助于建筑效果的表现, 符合效果图中的要求。随后, 对已出的泵站建筑、结构图纸进行了升版和修改。对于取水泵房, 由于坡屋面的要求, 我们放弃了经常在设计中采用的薄腹梁屋架, 而改用了坡度满足要求的轻型钢屋架, 屋面采用与钢屋架配套的檩条和砖红色彩色钢板波形瓦, 使泵房从屋顶坡度及色彩上满足了效果图的要求。在外墙立面的处理上, 采用了斩假石与瓷砖贴筑, 后来由于市场货源及工期的要求, 将斩假石也改为瓷砖, 外墙色彩也按照业主的要求修改为灰色。对于工业厂房, 一般采用在吊车梁上下设置两层窗户的做法, 而对于该取水泵房, 吊车以上空间较小, 并且由于坡屋面的外伸, 使得该部分空间显得更加窄小, 因此在吊车梁以上再布置一层窗户是不合适的。泵房高度约12 m, 如仅在1.20 m标高处设置一道窗户, 将使窗户以上部分显得较为空旷, 为了弥补此处的不足, 在此采用加构造线条的办法进行处理, 为了降低造价, 构造线条采用外挑砖墙并用丙烯酸涂料饰面的方法处理, 取得了良好的效果。
对于泵房西侧的配电室, 其屋面的坡度与泵房屋面坡面相垂直, 使两座建筑物屋面既协调一致又互为补充。配电室的屋面由于跨度较小, 因而采用了现浇钢筋混凝土屋面板来形成所需的造型。由于屋面坡度较大, 为了防止屋面在自重作用下产生滑移, 将屋面与配电室顶层圈梁浇筑在一起, 并用多个构造柱将屋面与外墙及屋面梁拉接在一起。外墙的装饰同取水泵房。对于泵房及配电室外侧露出地面的管道、洞口格栅等构件, 经各相关专业的配合, 也尽量从美观的角度出发, 满足建筑外观的要求。
在某沿海电厂设计中, 取水泵站紧沿海边, 海域开阔, 风景秀美。按照业主要求, 该取水泵站不仅要满足电厂取水水泵运转的要求, 同时要能成为可以登高观海、休闲的场所, 成为电厂的景观标志性建筑。
该泵站取水泵房上部结构采用预制钢筋混凝土排架结构, 砖墙填充围护。内部设置桥式吊车一台。为满足登高观海、休闲的要求, 屋面设计为上人屋面, 因此舍弃了工业厂房中常用的混凝土双坡屋面梁, 采用钢制屋面梁代替, 屋面板采用压型钢板做底膜现浇钢筋混凝土屋面板。泵房女儿墙上设一圈不锈钢栏杆扶手, 屋面板上设H型钢钢柱, 其上支撑阳光板作为观光台的顶棚。
泵房外立面以银灰色涂料为主色调, 中间部位采用深灰色涂料搭配, 女儿墙位置处以乳白色涂料进行填充。立面造型上, 泵房中间深色部位采用内凹铝合金平开窗, 两侧采用横向分格的铝塑板饰面, 使得整个泵房立面上错落有致, 层次清晰。从海面上看过来, 泵房与周围的碧海、蓝天、白云融为一体, 满足了业主方的使用要求。完成的效果图见图2。
2 更高的使用要求需要更为细致的内部空间设计
在山西某燃机电厂设计中, 其取水泵站位于水库岸边。该水库水面开阔, 岸边绿树成荫, 周边风景秀美, 是周边居民的休闲度假地。设计初期, 我们按照常规的取水泵站配备两名值班人员的标准设计了泵站值班室。内置一间值班室、一个卫生间和两人值班办公区域, 室内平面布置尺寸为6 m×5.7 m。最初设计平面布置图见图3。
按照该布置完成施工图后, 业主提出了该值泵站需要满足培训、度假等要求, 对宿舍、卫生间及厨房都提出了更高的要求。根据业主反馈的设计要求, 结合总图、工艺等专业对泵站进行了优化布置。在建筑专业人员的帮助下, 通过多次沟通协调, 办公区值班人员工位数由2人员加到9人, 值班宿舍增加到4间;把常规设置的公用卫生间改为室内设置, 并增加了淋浴区;增加了门厅、餐厅和厨房等功能分区, 优化了室内交通通道;根据值班室的布置、朝向, 优化了窗户布置;结合建筑墙体布置, 优化屋面板结构, 整个屋面板按照无梁楼板设计, 降低了值班室的层高。通过上述修改, 值班室建筑面积由原来的34.2 m2增加到161.5 m2, 满足了业主对值班室的使用需要。优化后的值班室平面布置图见图4。
3 能源政策约束条件需要优化节能设计
按照《国家发改委关于加强固定资产投资项目节能评估和审查工作的通知》的要求, 自2007年起电厂建设报送的核准项目中要求编制节能分析篇。随之而来, 电厂建筑的节能设计也引起了广泛的重视。对于取水泵站建筑物, 可采取以下节能措施[1]:
1) 根据泵站所处位置, 结合当地的气候特点、日照角度、主导风向等条件, 与总图专业综合确定建筑物的位置、朝向和间距。
2) 在满足工艺布置和使用需求的前提下, 减小建筑层高, 合理选择体形系数, 通过减少围护结构的热量损失降低建筑能耗。
3) 合理布置门窗、采光带和天窗, 室内尽可能利用天然光源, 减少人工照明的能源消耗。
4) 窗户的导热较墙体要高许多, 采用节能门窗, 在满足采光要求的情况下, 减小窗户面积特别是可开启的面积, 减少室内外热量的交换。
5) 根据建筑物的日照特点, 当夏季需要遮阳而冬季需要阳光时增设活动式遮阳措施。
6) 合理确定外墙厚度, 选用热导系数、热惰性能好的外墙面、屋面及山墙的保温隔热层, 有效降低室内能量损失, 降低能源消耗。
7) 优化取水泵站内的绿化方案, 增加植被绿化、道路绿化, 减少硬化地面, 调节区域小气候。
4 结语
由于电厂设计分工的特点, 目前设计院的取水泵站一般均由水工结构专业独立完成。由于专业限制, 结构专业人员往往对建筑设计还有较大缺失。特别是对于造型设计等内容需要加强学习。从近些年的工程设计来看, 业主对取水泵站的建筑设计要求逐渐提高。因此, 一方面需要水工结构的从业人员加强对建筑学知识的学习、积累;另一方面, 在今后类似的取水泵站工程设计中, 从工程实施的初始阶段就对项目规划、工艺布置、装修特点和规格等进行总体设计, 必要时请有关建筑专家进行规划、设计。从而将此类在特殊区域建造的取水泵站建成精品, 使其成为建设环境友好型、资源节约型电厂的一个良好的展示窗口。
参考文献
取水泵站的优化设计与节能改造 第6篇
关键词：取水泵站,切削叶轮,改变转速
1 目前取水泵站设计的不合理之处
现今,水泵站的设计并不完全合理。在设计取水泵站选择水泵时,无论是教科书还是设计手册上,普遍都把净水构筑物的用水量以及每日最高用水量加上输水管漏损当做取水泵站的设计流量,而水泵的扬程则以水源枯水位的标高差也就是净扬程与净水构筑物进口水面以及输水管对应设计流量的水头损失为确定标准。这种确定标准的正确性住适用于水源水位与供水量之中发生变化的只有一个,除了上述情况之外,还有一种情况也能保证这种确定方法是正确的,那就是两者都发生变化,但不影响最枯水位和最大流量的同时出现。除了这两种情况之外,其他的情况都无法完全保证这种选择水泵的方式是百分之百正确无误的。
在我国实际的工程中,季节的变化会在一定程度上影响水源水位和供水量的变化,但是确定到每天,他们的变化并不十分明显。以我国的实际情况来看,较为普遍的是,在夏季也就是7～9月期间是河流的丰水期,这时候的净扬程最小,小到家庭日常用水量,到城市绿化建设用水量,大到工业用水量,都处在一年中用水的高峰期,此时系统的供水量也是最大的。而在冬季也就是1～3月,情况正好相反,这期间是河流的枯水期,这时候的净扬程最大,而家庭日常用水量、城市绿化用水量以及工业用水量都是一年当中相对来说最少的,此时系统的供水量也是最小的。根据这种情况我们可以判断,季节的变化会直接影响到最大供水量和水源的最枯水位。这种季节上的差异正好说明最枯水位和最大供水量是不会同时出现的,由此可以断定目前的这种取水泵站的设计方法存在着不合理之处。
除了对实际情况的估量分析之外,我们还可以通过量化分析来说明这种分析的不合理之处。如图1所示
上述图1中,Q表示供水量,HST表示净扬程。从以上的取水泵站工作示意图我们可以清晰看出来,Qmin～Qmax表示供水量的浮动区间,HST1～HST2表示净扬程的浮动区间。根据目前的设计方法,C点作为设计工况点,根据具体季节的不同,夏季与冬季的流量和所需扬程分别位于E、D两点。从上述图1中我们可以看出最枯水位和最大流量不可能同时出现;同时,水源水位和供水量的变化幅度都较大。由此也能说明现有设计方法的不合理。如果按照目前的设计方法,届时会造成一系列的问题,无论是对水泵机组还是变配电设备,都会造成很大的浪费,同时也大大增加了其中一系列费用。
2 设计方案的改进与优化
根据上述所说的不合理的设计方法,据此我们也可加以改进与优化。对于取水泵站,如果水源水位和供水量都处在一定范围的变化之内,扬程与系统本身所需的流量则是处在一个动态的变化之中的。在季节变化之时,如果净扬程与用水量正好是呈逆向同步的,则对应图1中的曲线图可以明显看出直线DE将会改变为弧线DFE。而水泵的平均水位和平均流量呈现在图中即为DE与DFE的纵坐标之差的最大值。
与证明不合理相似,我们也可进行量化的分析。根据上述分析,若0
此时系统所需的扬程为:
其中,S为输水管的比阻,HG为DE上G点的纵坐标。
由上述条件0
根据上述分析我们可以得出,季节的变化影响到供水量和水源水位之时,图1中所示的D、E两点是最不适合建设水泵站的地方。根据木桶原理我们能看出,一旦D、E两点的供水得到了满足,那么其他任何一点也都可以满足,这样建设的水泵站即是合理的。
而在取水泵站的实际操作过程中,单台水泵的高效区无法高速运作,即无法完全显示扬程和流量的变化幅度,遇到这种情况,有一个处理方式就是进行水泵的联合。
由图2中a并联的工作路径我们可知在高效区扬程不变的条件下,Q-H曲线会随着流量的不断减小而趋向陡峭,反之情况则相反。这种并联的操作方式对于水量变化大的系统来说是一种有效的选择方式。而由图2中b的工作路径我们可知,在高效区流量不变的条件下,Q-H曲线会随着扬程范围的不断缩小而趋向和缓,反之情况则相反。而这种串联的操作方式则适用于水位变化大的情况。
无论是并联还是串联,它的前提基础都是单台水泵站的合理建立,只有在建设水泵站的时候合理选址,才能保证取水泵站的正常运行。这就需要再选定水泵的时候就一定要注意好其选择的位置地点,对其具体情况进行分析。
3 对已经建好的水泵站进行节能改造
上述情况我们说的是合理建设水泵站的情况,而针对已经建设好的水泵站,为了它能够正常的运行工作,我们就需要对其进行节能改造。如今对于水泵站的节能降耗是相当有必要的,因为目前水泵站的资源消耗特别大,如果按照现有的建设方法去建设水泵站,会造成更大的浪费。已经建设好的水泵站其水泵在实际的操作过程中比实际需要要多,长此以往,这种资源的浪费会越来越多,对于水泵站的循环高效利用不利。由此,对于已建设好的水泵站进行节能改造就是完全有必要的。而针对这种情况,有两种方式是比较可取的,即改变转速和切削叶轮。
如果一台水泵已经建设完成后,要想较大空间的提高其运转的速度是非常困难的,要想实现水泵的节能改造,有一个很好的方法就是改变水泵的运行工况点,将水泵运行工况点从低效区移到高效区,采用这种方式就可以起到节能的目标。而根据水泵的运行原理我们可以发现,工况点是保证水泵站正常运行的关键之一,要想提高其运行效率,达到节能的目标,就必须改变水泵的工况点,而工况点的改变又依赖于改变水泵特性曲线和管路特性曲线。改变管路特性曲线可以通过提高管网压力来调节,在此不做过多的说明。本文主要针对改变水泵特性曲线的方法来对水泵节能改造做简单的解释。
对于改变水泵的特性曲线通常有两种主要的途径,即上述所说的改变转速和切削叶轮的方法。首先是对于改变转速的方法,也就是通过改变水泵的转速,从而改变水泵的运行曲线,当水泵的管网实际所需和出水压力达到一致的时候,就可以实现节能的目标。改变转速,可以调节水泵的性能。水泵的转速改变了,水泵的工况点也会随之移动,相应的流量也会发生变化,从而也就会影响到水泵的效率,这时的压力损失也会减小。这种方法主要就是根据需水量的多少来调节水泵的运行速度,这样就可以达到节能的目的。其次是切削叶轮的方法。切削叶轮也就是传统意义上的变径,即根据所需的运行参数对水泵叶轮外径进行适当的切削,这样就能改变水泵的特性和性能,时水泵高效运转,从而达到节能的目标。切削叶轮同样也会改变水泵的性能。叶轮外径改变后会影响水泵工况点,相应的流量也会随之改变,此时的水泵运行效率也会随之改变,也没有任何的压力。这种方法主要是根据所需参数对水泵叶轮进行合适的切削,这样就可以达到节能的目标。
这两种节能方法都适用于已经建好的水泵站。不过近些年,随着变频技术的不断推广,改变转速的方法可以通过变频器来改变,但是由于设备的成本较高,同时改造的投入也相当较大,所以在现今的水泵站节能改造中或者是高压电机改造中使用的范围并不是很广。这样来看,通过改变切削叶轮的方法来实现节能的目的是目前来说比较可行的措施和手段。但是要注意降低转速不得低于它的最低值,切削叶轮也必须注意切削量不得超出规定范围。一旦改变的转速过低或者是切削的叶轮直径超过了限定范围就无法起到节能降耗的目的了。
4 结语
在现今的水泵站的建设中,水泵站往往不能做到节能减排,造成很多的资源浪费。由于施工之前的种种差误,在建设之时总是不能完全的满足需要。针对这种情况就需要我们在施工之前就认真做好准备工作,根据夏季和冬季用水量的不同和系统供水量的变化来具体断定其水泵选择点保证其在高效区内运行,已达到最大限度的节能降耗。同时对于已经建好的水泵站我们也可以根据上述所说的改变转速和切削叶轮的方法来达到节能的目的,但是在施工的过程中也同样要注意不能超出其规定的范围。只有这样,才能够真正实现水泵站的节能降耗。
参考文献
[1]朱健.建筑节能降耗改造分析及策略[J].智能建筑与城市信息,2009(7).
[2]李培清.多水源供水系统管网压力的控制[J].鞍山师范学院学报,2003(9).
梯级泵站水资源优化调度研究综述 第7篇
关键词：水资源,管理调控方式,优化调控方法
梯级泵站水资源优化调度主要研究的方向在2个方面:泵站系统本身的优化如进出水池水位调控、出水建筑物类型、抽水能源单耗与流量、抽水流量和扬程等;泵站上下梯级间的优化如最优扬程分配、泵站输水系统、各条输水线路水位和流量分配、各泵站开机台数与机组运行工况等;梯级泵站根据泵站梯级间有无分无任务来优化调度, 最终的目的都是在保证正常输水的基础上降低年耗电 (油) 费和年运行费用, 同时有利于增效、节能、环保, 有利于管理, 有利于资源的可持续发展。
1 国内外梯级泵站水资源优化调度研究现状
1.1 水资源分布
根据2013年水利部公布水资源显示, 我国水资源总量约为2.8万亿m3, 整体上呈现分布不均、时程变化大和年内年际分配不均局面, 同时还存在开发空间有限、用水量逐年增加和用水结构变化明显的现象等。如黄、淮、海3大流域, 水资源只占全国的8%, 而耕地面积占全国的40%;而2013年统计的用水结构是用水量占当年水资源总量的22.1%, 农业用水降低到63.4%, 而生活、工业、生态用水相应增加到12.1%、22.8%、1.7%。而大体上水量的趋势是东南沿海向西北内陆递减, 内陆西北地区也是地大水少情况。为了解决水资源分布的情况, 国内相继发展了很多大大小小的调水工程, 例如南水北调;在管道输水过程中, 正是由于水泵及梯级泵站的广泛应用, 使得水泵的能耗约占全国总能耗的21%。
据相关的统计可以发现, 现在世界上很多国家已经建设、正在建设或者拟建的大型流域调水工程已经超过了160项, 并且建设泵站也不是在世界各地遍布。国外如美国、前苏联、法国、澳大利亚、巴基斯坦、印度等, 都根据需要规划和建设了跨流域调水梯级泵站。建设的这些泵站其技术特点以及目的都有一定的区别。比如北美的水电联盟计划, 前苏联进行了二十几年研究和规划的“北水南调”也是离不开梯级泵站输送水, 在1974年巴基斯坦进行了西水东调工程的建设, 澳大利亚东南部规划建设了雪山工程, 印度恒河区建设的调水工程以及法国帝朗斯—凡尔顿工程都是利用梯级泵站输送。
1.2 管理调度方式
国外在20个世纪60年代便开始了利用计算机来进行供水系统辅助调度管理的研究和探索, 比如加拿大的多伦多以及美国的丹佛和费城等, 都是通过遥控设备来将管网中控制点的压力、出厂流量、出厂压力、功率、水位以及温度等运行参数及时的传输到中心调度中去, 对于出现的超常现象则需要自动的报警, 并将其作为控制人员操作和控制的依据。现在日本、法国、美国以及英国等一些国家的城市已经实现了供水系统计算机优化调度管理, 并进行了调度管理软件的编制, 比如美国和英国的OPWAD等。为了预防泵站紧急事故, 国内已经再利用计算机监测, 为了准确及时掌握泵站实时动态, 已经把遥感技术运用在一些大中型泵站上。
在我国国内很多学者和专家在20世纪70年代开始便努力的把计算机技术应用到泵站供水系统优化设计、模拟和水厂水质控制中去。在供水系统优化和调度管理等方面也进行了尝试和探索, 进行了相关应用软件的开发, 比如WNW等, 并在广州等地进行了尝试应用。但是由于我国国内受到积水手段和国内设备条件的限制, 可以在供水经济性和可靠性等方面获得成功的案例还比较少。但是随着科技的发展和人们的要求提高, 进行供水系统调度优化是供水行业发展的整体趋势。
国内针对梯级泵站调度管理复杂等特点, 从检验各种设计、控制方案、应急调度预案、工程安全运行和保证水源供给等方面提出了合理建设调度管理系统。梯级自动化调度系统构成主要包含了下面几部分:分别是应用系统、应用支撑平台、数据存储与管理系统、计算机网络系统、通信系统、系统运行实体环境6大部分组成, 包括水量调度、闸站监控、视频监视、安全监测、水质监测、工程防洪等核心生产应用系统, 还包括与企业运行相关的办公运营应用系统, 以及通信网络等信息化基础设施。在功能监控、调度、运行以及安全管理等方面, 自动化调度系统的作用非常重要, 利用调度运行管理信息化决策会商职称环境以及信息化作业平台, 能够实现调度和管理的自动化, 目标实现能够保质保量及时的实现。
1.3 梯级泵站水资源优化调度
1.3.1 模型研究应用
最早提出水库调度优化概念的是UBe TKOB, 并使用随机动态规划方法研究水库优化调度问题;Young以Hall等人研究为基础, 应用动态规划方法研究了单一水库的最优控制问题, 随后各个学者又将单一水库调度模型扩展到多水库情形;受到水库调度优化启示, 国外相继涌现了利用动态规划方法 (DP) (1968) 、遗传算法 (GA) (1999) 和蚁群算法 (ACA) (2005) 方法建立的数学模型, 并应用在多级泵站水资源优化调度中。21世纪以来, 国内诸多学者也把遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等许多新兴的算法应用到了泵站优化调度过程中。为了解决更加复杂的技术优化问题, 收敛速度更快, 搜索精度更高, 于是混合粒子群算法诞生, 即周期离散为若干时段并进行流量分配, 通过计算各时段内的各机组耗电电费以逼近泵站实际耗电电费的免疫粒子群算法 (IAPSO) (2013) , 能够有效地解决梯级泵站优化调度问题, 降低了泵站运行成本。后来, 学者们逐渐尝试将基本粒子群算法 (PSO) 、自适应惯性权重粒子群算法 (APSO) 、动态规划与模拟退火相结合的混合算法 (DP-SA) (2013) 结合, 并应用于梯级泵站输水优化调度实践上。这些新兴的方法和传统方法结合的算法, 也进一步完善了对数学模型研究梯级泵站水资源优化调度问题。
1.3.2 有无分水任务
史京转等 (2012) 采用动态规划和模拟技术相结合的算法, 建立了级间无分水任务的多级泵站优化调度的动态规划数学模型, 运用Flex语言编程对多级泵站进行优化计算, 证明了改善级间流量配合也是提高多级泵站效率、降低供水能耗的主要途径。适用于多级机组间无分水的多级泵站。梯级泵站级间有分水任务;都是通过分水流量来控制, 各种水力条件要比无分水任务的复杂多, 不管是国内还是国外, 研究均不多。
泵站优化调度主要包含了调度决策以及管理技术的优化, 也就是在一定时期中, 根据一定标准, 在满足相关条件的情况下, 确保泵站运行目标函数能够达到极值。从输水距离长短和泵站数量及泵站等各方面因素思考, 梯级泵站作为一个系统本身便比较复杂, 进行优化调度时不但需要考虑到上面的几种因素, 还应该和社会经济、自然环境以及资源政策结合在一起。要求不同, 调度时其目标也会存在一定差别。鉴于泵站的用途、自然环境、机组形式以及水泵型号等方面, 决定于调度的目标有最小弃水量, 最小能耗、最优组合及最佳工况点等。因此泵站的水资源优化调度也是一个综合性复杂问题。
2 梯级泵站水资源优化调度存在的问题和发展趋势
2.1 存在的问题及展望
2.1.1 梯级泵站优化调度存在的问题
梯级泵站水资源优化调度研究虽然有所进展, 但还存在一些问题:
我国泵站的自动化系统不健全, 只有少数大型泵站实现了局部自动化控制;
大多数泵站的优化调度研究将仅仅局限于泵站, 或者考虑的因素多少是否都对梯级泵站优化调度有作用;梯级泵站系统本身便比较的复杂和庞大, 地区用水量以及径流来水量都存在明显的随机性和不确定性, 对其进行预报和预测范围都比较大, 很难确定其准确性;
模型算法存在一定的局限性, 有些模型本身便比较繁琐, 操作起来比较复杂, 求解梯级最优时计算时间比较长, 甚至还有些模型算法为了克服存在的维数灾问题进行了大量的假设以及简化, 这样模型很难对其泵站群实际情况进行描述, 优化的相关结果和实际情况存在较大误差。
2.1.2 梯级泵站优化调度展望
现在方法和最优化理论也不断的成熟, 灰色理论、模糊理论、神经网络等计算方法愈加成熟, 也更好的运用到了泵站优化调度中去。并且, 泵站工程自动化水平也在不断提高, 在泵站运行计算机监控系统中, 优化调度理论的应用也在不断增加。
鉴于梯级泵站系统的复杂性, 大中型泵站实现了自动化控制同时也充分考虑专业技术人才运用, 这样会加强人和机优点的结合, 有利于管理。
泵站作为水资源系统中的重要一环, 对于泵站的优化调度研究将不仅仅局限于泵站, 而会更多地从水资源大系统来全面的考虑, 如包括泵站工程、蓄水工程、输水工程和控制调节工程等。
如何使梯级泵站的优化调度模型更加体现其随机性, 更符合实际, 获得更准确的结果是今后应考虑的问题。
模型算法的局限性主要解决研究者是否有足够的实际经验和实地勘测操作, 或者参与工作, 考虑主要因素, 忽略次要因素, 建立适合地方局域性数学模型去解决。
2.2 意义
梯级泵站水资源优化调度指的便是通过优化技术的运用来提高科学管理的科学性, 努力找到最合适的调度策略, 在确保其运行安全、满足水量需要以及输水水压的情况下, 不断的降低其运行的实际成本, 将其社会环境以及经济效益发挥出来。在优化调度梯级泵站时, 不但需要考虑到单个泵站的实际运行效益, 还需要全面考虑泵站系统以及水资源系统的世界情况, 对其进行协调和统筹, 让各级泵站和用水之间更加和谐。可以肯定, 随着我国大型跨流域抽调水工程和区域抽调水工程的实施, 人们将会更近一步体会到梯级泵站优化调度研究带来的优越性。
参考文献
[1]黄林泉.机电排灌节能节水技术经验和论文选编[C].北京:水利电力出版社, 1985.
[2]金明宇.大型引水工程梯级泵站优化调度模型研究[D].南京:河海大学, 2004.
[3]仇宝云, 袁寿其.南水北调东线工程梯级泵站的几个问题[J].灌溉排水学报, 2003 (2) :69-73.
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