供水工程节能控制方法

摘要

一种供水工程节能控制方法，其特征在于根据管网平面平差布置图及用水变化曲线确定最大日最大时、最大日平均时及最小用水量；选取五个流量进行管网平差计算，求得管网的综合阻力系数S，确定管网特性曲线；根据水泵特性曲线和管网特性曲线交点，确定机组总台数不多于5台，定速泵与变速泵联合运行时，水泵的设计流量QT取最大日最大时流量的70％，变速泵的台数占机组总台数的40％，变速泵转速最大降低30％，在管网上最不利点设水压传感器，指示水泵的变频器自动调节转速，调节水泵供水量和扬程的变化。本发明采用变速泵供水或变速泵与定速泵联合供水的方法，实现供水水量随着居民用水量的变化而变化，使水泵运行在高效率区，克服分段恒压的弊端，降低水泵电耗，节能环保。

权利要求

1.一种供水工程节能控制方法，其特征在于包括下列步骤：(1)根据管网平面平差布置图确定管网的节点编号、流量分配及管段长度参数，根据城市用水变化曲线确定最大日最大时、最大日平均时及最小用水量；

(2)选取五个流量，其中包括最小时流量、最大时流量，其它三个流量任意选取，依据五2

个流量进行管网平差计算，确定对应的扬程H及最不利点HZ，根据管网特性方程H＝HZ+SQ，进而求得管网的综合阻力系数S，确定管网特性曲线；

(3)根据水泵特性曲线和管网特性曲线交点，确定机组总台数不多于5台，定速泵与变速泵联合运行时，水泵的设计流量QT取最大日最大时流量的70％，变速泵的台数占机组总台数的40％，变速泵转速最大降低30％，变速泵台数由下式进行计算：n1——变频泵台数

n——工作水泵总台数

η——调速百分比(20％～30％)

a——(n-1)台工作泵的流量(l/s)b——(n-1)台单台泵的流量(l/s)c——n台泵全部运行时，单台泵的流量(l/s)全是变频泵工作时，以高效段内低流量一端设计流量QT进行选泵；

(4)自动控制：在管网上最不利点设水压传感器，水压传感器反馈的信号指示水泵的变频器，使水泵按用水要求，随时自动调节转速，达到实时反馈用水量信息，调节水泵供水量和扬程的变化。

说明书

供水工程节能控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及市政工程供水行业中的节能设计和控制方法。

背景技术

[0002] 在传统供水工艺中，供水水泵的选择存在问题。首先，供水水泵是按居民用水的最大日最大时流量，选择可在水泵效率高效点运行的水泵。然而实际运行过程中，24小时用水量是时刻变化的，最大时用水量在24小时内仅为4～6小时。也就是说，水泵在高效区运行的时间仅为每天4～6小时，其他时间均在非高效区运行，造成大量的能源浪费。其次，在几个水泵联合运行的时候，由于管网实际流量小于设计流量，造成单个水泵机组的实际扬程小于设计扬程，即是增加了单个水泵机组的流量，致使汽蚀余量曲线突然上弯升高，容易出现气蚀，影响安全运行。

[0003] 当前管网理论曲线特性方程尚不能建立，了解不到并联水泵机组特性曲线与管网特性曲线配合运行的工况。原有方法，虽然采用了变速泵，但是是恒压供水，使节能运行又步入局限性的误区。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种结合城市用水管网特性进行的一种供水节能的方法，使水泵机组在高效范围内运行，且此方法操作简便，技术合理。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种供水工程节能方法，其特征在于包括下列步骤：

[0006] 1、根据管网平面平差布置图确定管网的节点编号、流量分配及管段长度参数，根据城市用水变化曲线确定最大日最大时、最大日平均时及最小用水量；

[0007] 2、选取五个流量，其中包括最小时流量、最大时流量，其它三个流量任意选取，依据五个流量进行管网平差计算，确定对应的扬程H及最不利点HZ，根据管网特性方程H＝2
HZ+SQ，进而求得管网的综合阻力系数S，确定管网特性曲线；

[0008] 3、根据水泵特性曲线和管网特性曲线交点，确定机组总台数不多于5台，定速泵与变速泵联合运行时，水泵的设计流量QT取最大日最大时流量的70％，变速泵的台数占机组总台数的40％，变速泵转速最大降低30％，变速泵台数由下式进行计算：

[0009]

[0010] n1——变频泵台数

[0011] n——工作水泵总台数

[0012] η——调速百分比(20％～30％)

[0013] a——(n-1)台工作泵的流量(l/s)

[0014] b——(n-1)台单台泵的流量(l/s)

[0015] c——n台泵全部运行时，单台泵的流量(l/s)

[0016] 全是变频泵工作时，以高效段内低流量一端设计流量QT进行选泵；

[0017] 4、自动控制：在管网上最不利点设水压传感器，水压传感器反馈的信号指示水泵的变频器，使水泵按用水要求，随时自动调节转速，达到实时反馈用水量信息，调节水泵供水量和扬程的变化。

[0018] 本发明的优点：从水泵运行的基本特性出发，充分考虑水泵流量、扬程和效率之间的关系，并结合城市居民用水特性和城市管网特性而进行的一种供水节能减耗的方法。采用变速泵供水或变速泵与定速泵联合供水的方法，实现供水水量随着居民用水量的变化而变化，使水泵运行在高效率区，充分发挥水泵的工作效率，克服了分段恒压的弊端，同时及时降低水泵的电耗，达到真正的节能环保。如果50％的供水实现节能供水，每年全国则可节省3300多亿度电。

附图说明

[0019] 图1是用水量曲线图；

[0020] 图2是管网特性曲线综合阻力系数“S”对数计算图；

[0021] 图3是管网特性曲线图；

[0022] 图4是变频后节能示意图；

[0023] 图5是水泵效率和流量关系图；

[0024] 图6是流量和气蚀余量关系图。

具体实施方式

[0025] (一)、确定管网平面布置图

[0026] 参照图1，布置管网的节点编号、流量分配及管段长度，其中如地形高差较大(超过20米以上)或长条形一端供水，应考虑分区问题；按城市用水变化曲线确定最大日最大时、最大日平均时及最小用水量；

[0027] (二)确定管网的特性曲线

[0028] 参照图2、图3，进行管网平差水力计算，平差时应按不同管径采用相应的经济流速，每段管径经济流速的采用，当地无资料，可参考一般经验数据如下：

[0029]DN(mm) V(m/s) DN(mm) V(m/s)
200 0.7～0.8 700 1.4～1.5
300 0.8～0.9 800 1.5～1.6
400 1.0～1.2 900 1.6～1.7
500 1.2～1.3 1000 1.7～1.8
600 1.3～1.4 1200 1.8～2.0

[0030] 选取五个流量，其中包括最小时流量、最大时流量，其他三个流量任意选取；分别对五个流量进行管网平差计算，确定对应的扬程H及最不利点HZ，根据管网特性方程H＝2
HZ+SQ，经过对数计算，Lg(H-HZ)＝lgS+2lgQ进而求得管网的综合阻力系数S，确定管网特性曲线；

[0031] (三)水泵机组的配置

[0032] 参照图1、图3，水泵机组的配置应分为定速泵和变速泵联合工作或者全部使用变速泵两种情况，根据水泵特性曲线和管网特性曲线配合工作分析，确定机组总台数不多于5台，定速泵与变速泵联合运行时，水泵的设计流量QT宜取最大日最大时流量的70％。(4.17/6＝70％)

[0033] 参照图5、图6，在选泵时，不以高效点为依据选择，而以高效段内低流量一端按设计流量QT进行选择。如此即可保证机组一直在高效范围内运行，同时也能保证水泵工作不超负荷，不产生气蚀，HPSH曲线随Q增大上弯，安全运行，当全部采用变速泵工作时，可以水泵高效点的曲线为准选择。

[0034] 参照图4，因为有了管网特性曲线，通过管网的数字化方程H＝HZ+SQ2和水泵特性曲线方程配合工作，就可以保证系统的水压一直在特性曲线上随时变化，克服了人为的恒压操作，这是节能设计的关键所在，其中，阴影面积为节能的设计功率，上部矩形面积为恒压人为的浪费能量，水泵的设计流量QT取最大日最大时流量的70％，变速泵的台数占机组总台数的40％，变速泵转速最大降低30％，变速泵台数由下式进行计算：

[0035]

[0036] n1——变频泵台数

[0037] n——工作水泵总台数

[0038] η——调速百分比(20％～30％)

[0039] a——(n-1)台工作泵的流量(l/s)

[0040] b——(n-1)台单台泵的流量(l/s)

[0041] c——n台泵全部运行时，单台泵的流量(l/s)

[0042] 全是变速泵工作时，以高效段内低流量一端设计流量QT进行选泵；并以高效点的曲线方程为准。

[0043] (四)节能设计方法的自动控制

[0044] 传统的设计方法，对于最不利点的水压无法控制。2

[0045] 其中Hz为最不利点的水压，SQ 为管网水头损失，其两项之和为水泵提供的压力。当用水量大时，管网水头损失增大，最不利点达不到要求的水压。当用水量小时，管网水头变小，致使最不利点水压过高。

[0046] 节能设计的自动控制，是在管网上最不利点，设水压Hz传感器，通过遥控指示水泵的变频器，使水泵按用水要求，随时自动调节转速，达到实时反馈用水量信息，调节水泵供水量和水压的变化。

[0047] 试验例

[0048] 某供水管网工程，在进行了管网布置及管网平差后，选择3台变频泵和2台定速泵用在城市供水中。在实际运行的过程中，当流量不同时，变频泵自动进行水量和扬程调节，使每台泵均在高效率下运行。

[0049] 当Q＝2300(L/s)时，3台调速泵运行，H＝35(m)，若采用新方法，调速泵总功率P调＝701.18kw，若采用传统方法，总功率P定＝974.92kw。

[0050] 水泵功率公式：

[0051] 本专利测算机组的最大降速为30％，不至影响变频的效率。