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大型轴流泵站设计第八课:泵站的优化策略

大型轴流泵站设计第八课:泵站的优化策略

泵友圈 2024-03-07 08:29 



格记说技术

大型轴流泵站设计

泵站的优化策略 


大型轴流泵站设计手册又跟大家见面了~

 

上一期,我们介绍了泵站尺寸设计的话题(点击回顾)。本期,我们将进入一个新的章节,聊一聊泵站设计优化中的最低水位优化、水泵专用控制系统和土建的一些建议。


设计水位优化


从运行的角度看,任何设施的总成本都是初始成本(CAPEX)和运行成本 (OPEX) 的综合考量。优化最低水位的设计可以相应的降低成本。


降低初始成本(CAPEX)

可以根据流量大小和运行的工况点来优化泵的选择,从而降低初始成本。通过这种方式可以减小建筑物面积和开挖深度,进而减少开挖量,降低混凝土用量,节约成本。大型泵站可以为防洪排涝提供可靠的安全保障,但是利用率低。


降低运行成本(OPEX)

根据泵的性能曲线进行选型,确保其在所有运行条件下都尽可能地接近高效点,进而降低运行成本。


采用不同泵组合的形式,可同时实现降低初始成本和运行成本的目标。主泵覆盖正常运行工况,辅泵覆盖至较低水位的工况。


泵站排水持续时间和排水流量关系见下表:

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双流道解决方案

防洪排涝泵站一般以极端洪水的最大峰值流量作为设计流量。然而,绝大部分年份洪水流量要比设计流量低得多,通常,泵站设计无法同时适用于这两种情况。设计的难题在于,如果采用峰值流量的流速进行泵站设计,泵站很可能在一年中大部分时间出现低流量淤积的现象。


为了解决这个问题,泵站可以分为两个流道

  • 流道1:枯水季运行

  • 流道1+流道2:丰水季和峰值流量运行


两个流道之间的隔墙需设置一个较低处或可调节的堰,在极端洪水情况下,水流可从流道1溢流至流道2。

泵组轮值方案

泵组轮值方案建议用户将泵分成两组运行。在一般的流量条件下主泵组运行,而在低流量条件下小泵组运行,可以达到节约成本的目的。如在 80% 的时间内(典型的流量负荷情况)运行第一组泵,暴雨来临的情况下,启动第二组泵。

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格兰富专用水泵控制系统


监测和控制

大型轴流泵站的建造投资巨大,服务和维修成本较高。尽管我们采用的是最优化的系统设计和高品质的水泵,但磨损依然不可避免。监测泵的运行状况可以降低水泵整个生命周期成本。

适当的监测和控制有助于:

• 保护昂贵的设备

• 确保泵站在最佳条件下运行

• 降低能源消耗

• 帮助避免溢流,并且报告意外事故

• 为运维人员提供最优化的定期检修日程表

• 满足更多精确报告的要求(比如,评估是否满足环境保护法律法规相关要求)

出于对上文提到的水泵运行工况的改变以及便于调试等需求,有必要引入格兰富专用控制器来对泵站运行进行监测和控制。


通信模块和SCADA的实施


格兰富现场总线(fieldbus)方案为实现水泵系统的完全控制提供了合理的解决方案。通信接口模块(CIM)和通信接口单元(CIU)能够通过开放和共享的网络实现数据传输,也可以方便地将数据集成到 SCADA 系统中。

将格兰富产品连接到现场总线控制网络有诸多优点:


• 完整的流程控制

• 格兰富产品统一控制理念

• 模块化设计——为未来需要做准备

• 以标准的功能配置为基础

• 在通信接口单元(CIU)供应 24 - 240V AC/DC 电源

• 配置简单,易于安装

• 开放式通信标准

格兰富 CIU/CIM 通信接口解决方案 能通过使用有线或无线的应用开放协议与任何SCADA、PLC或者建筑管理系统相连接并通讯。


电机保护单元 (MP204)


MP204可以保护电机免受欠压、过压以及其他的电源变化影响。所以,即使在外部电源供应不平稳的情况下,水泵依然会平稳运行。对于伴随上述电压波动出现的过热现象,MP204也会给予电机保护,以免影响水泵寿命。


相序错误也是水泵故障的一个常见原因。在设定了相关的相位后,MP204的学习功能会记录下设置好的相序并对错误做出反应。


MP204可同步监控水泵的功耗情况。功率降低的最大原因可能是水泵干转。如果功率降低到额定值的60%,MP204 就会立即停止泵的运行。


MP204可以提高性能,防止运行中断,使正常运行时间最大化。所有这些功能均集成在一个控制单元中,仅需2分钟即可完成设置。


变频驱动器(CUE)


格兰富变频驱动器(CUE)是为控制不同型号水泵转速而设计的一系列可变频率的驱动器。CUE 与格兰富E 泵(内置变频器电机)一样,有着相同的控制功能。采用变频控制可以实现相关功能,节省能耗。


例如:当流量与体积或压力相关时,变频控制可应用于水泵。泵可以通过调节转数达到设定值。根据现实需要调整流量或压力可以降低能耗。


降低能耗的同时也要考虑流速问题。理想的方式是找到最佳流速。比如流速较大时可以去除井筒中的沉淀,但是增加了能耗;流速较低降低了能源消耗,但是会增加井筒中的固体物浓度。这就会导致水的密度增大,造成电机过载跳闸。

最小流速取决于应用类型和排水管道的设计外,还有如下几项因素:

  • 叶轮上方的水量

  • 阀(拍)门开启力

  • 速度反作用力

这些因素因情况而异。最小频率下,叶轮和螺旋桨必须产生足够的扭矩和力,以克服上述因素。

在含沙量高的应用环境中,例如水处理厂,必须保证自清洁速度至少达到1m/s。建议30秒以上的缓降至正流量的最小流速。


冲洗周期

水中沉淀和高浓度固体的问题也可以由控制器解决。格兰富专用控制器将自动加速水泵形成冲洗循环或反冲洗功能,来阻止这些常见问题的出现。


 软启动器  


此外,除了变频驱动器,软启动器也能实现保护水泵设施的功能。与直接启动方式的水泵相比,软启动消除了启动时电流浪涌的情况,保护了电机。

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为了降低电源上的瞬时负载,或适应特定流量,往往会使用软启动器或者变频驱动器。使用速度控制时,有必要考虑泵和系统的谐振频率,以避免振动影响到结构或系统中的其他部件。斜坡时间也必须调整到与系统相适应。


关于土建的建议——支柱和横梁


如果需要安装横梁,就必须要考虑常水位,并且将梁放置在常水位之上。


“牛鞭效应”,即被淹没的小部分横梁能在泵房引起相当大的波浪,设计时应防止“牛鞭效应”产生。

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推荐 CFD 分析

当放置用来支撑结构的立柱时,要考虑到它们产生的“死水区”并且在合适的位置设置倒角。倒角能够防止死区和沉淀的形成。如果可能的话,死区应在操作开始前用混凝土填充。


如需帮助


为获得最佳效果,请随时和我们格兰富水务中心的专家取得联系,我们可针对泵站设计、泵的选择、未来需求以及整个生命周期成本等问题,为您提供解决方案。

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如果大家还感觉意犹未尽,想进一步了解轴流泵安装设计相关,获取完整的设计手册,可以填写以下表单:


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