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泵站改造可降低含沙量,降低费用

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:对含沙量大的泵站进行改造,减少泵站运行期间的含沙量,则可以减少泵站的运行费用。根据第五章第一节式~式,可以确定含沙量变化后水泵各种参数的变化,因此,可以计算出泵站改造后所节省的运行费用。另外,在供水量相等的情况下,流量的减少需要延长泵站的运行时间,因此,含沙量变化后泵站的运行时间也有所变化。空气进入水泵和含沙量的增加,会加剧水泵效率的进一步下降。

泵站改造可降低含沙量,降低费用

(一)进出水池效率计算

若泵站进、出水建筑物的水头损失分别为Δh和Δh,则进出水建筑物总水头损失为Δh=Δh+Δh。其中进水建筑物的水头损失应为引渠末端的水位与水泵吸水管口处的水位之差。当泵站的净扬程为Hst时,水泵的实际扬程Hsy=Hst+Δh。进出水池的输入功率(即水泵的轴功率)Pa输出功率(即泵站的输出功率)Pst分别为:

式中:ρ为浑水密度,kg/m3;Q为水泵流量,m3/s;Hsy和Hst分别为泵站的装置扬程和泵站净扬程,m。

故进出水池的效率ηpo为:

由此可见,在净扬程Hst一定的情况下,Δh的增大会增大装置扬程Hsy,从而降低进出水池的效率。另外,Δh的增大,会改变水泵的工作点(见图8-1),从而引起水泵、动力机和管路的效率均发生变化,使泵站效率下降,能源消耗增加。

(二)泥沙对泵站运行费用的影响

泵站消耗的能量

式中:E为泵站消耗的能量,kW·h;t为水泵的运行时间,h;其余符号意义同前。

图8-1 进出水建筑物的水头损失对水泵运行工况的影响

而水源含沙量的变化将会改变浑水密度ρ、水泵流量Q和泵站效率ηst。流量的变化又会引起泵站运行时间t的变化。所以,含沙量的增加必然使泵站的能源消耗增加。对含沙量大的泵站进行改造(如增加沉沙池等设施),减少泵站运行期间的含沙量,则可以减少泵站的运行费用。根据第五章第一节式(5-20)~式(5-23b),可以确定含沙量变化后水泵各种参数的变化,因此,可以计算出泵站改造后所节省的运行费用。

在计算改造前后的运行费用时,最好能用图8-2那样的不同含沙率的水泵性能曲线,并从中找到改造前后的含沙率对应的水泵性能曲线,同时根据管道阻力曲线分别求出在不同含沙率的水泵工作点(由此可查出水泵流量Q),进而求出泵站在不同含沙率时的泵站效率ηst。另外,在供水量相等的情况下,流量的减少需要延长泵站的运行时间,因此,含沙量变化后泵站的运行时间也有所变化。若泵站改造前后的流量分别为Q1和Q2;泵站效率分别ηst1和ηst2;泵站的运行时间分别为t1和t2。则泵站改造前后的能量消耗之差ΔE为:

图8-2 含沙水流对水泵特性的影响

对于灌溉泵站,若灌溉定额为m(m3/亩),灌溉面积为A(亩),水泵台数为Z(台),每台泵的流量为Q(m3/s),则泵站的运行时间t为:(www.xing528.com)

因为对于某一灌区的m、A和泵站的水泵台数Z均为常数,故

式中:ρ1和ρ2为改造前后的浑水密度,kg/m3;其余符号意义同前。

值得注意的是,式中的ρ为浑水密度(kg/m3),而下式的ρs为含沙率(即含沙浓度):

式中:Ws为含沙量,即每立方米浑水中所含泥沙的质量(kg/m3)或重量(N/m3);γρ为浑水的重度,即每立方米浑水的重量,N/m3

浑水的重度γρ可根据含沙量Ws求出,计算公式为:

式中:γw和γs分别为水和泥沙的重度,一般γw=9800N/m3,γs=(26000~26500)N/m3

再者,在设计不合理的进水池中,容易产生旋涡和回流。当旋涡把空气带进水泵,或在水泵叶轮进口产生强烈的预旋,不仅会使水泵产生振动和噪音,含沙量的增加还会加剧水泵过流部件的磨损,而磨损严重的水泵会增加机组的振动和噪音。空气进入水泵和含沙量的增加,会加剧水泵效率的进一步下降。最后导致泵站效率的降低、能源消耗和运行费用的增加。

(三)进出水建筑物改造方案选择

泵站进出水建筑物水头损失的增加使得水泵的实际扬程增加,被抽水流含沙量的增加使得浑水密度ρ增大,从而使得水泵的输入功率增加,泵站效率降低,能源消耗量和泵站运行费用增加。

如果进水建筑物设计时没有采取有效的防沙措施,进水建筑物无法将泥沙阻挡在泵站取水口以外,从而使大量的泥沙在进水建筑物淤积下来,降低其过水能力,同时,将大量泥沙清除需要花费大量的人力物力。泥沙进入水泵后,会大大加快金属表面的磨损,不仅会降低水泵效率,还会缩短水泵的使用寿命。对于主流经常摆动的水源,还有可能因为泥沙淤积而使主流脱离取水口,使泵站无法正常运行,从而影响受益范围内的工农业生产的正常进行。

进出水池的改造途径主要是:①防止水源脱离进水口;②减少泥沙进入进水建筑物;③设置沉沙池,使泥沙在进入进水池之前沉淀下来;④防止泥沙在进出水建筑物中淤积;⑤减少水头损失,改善前池、进出水池中的流态。

因为进水池的流态不仅与其本身的形状和尺寸有关,而且受前池乃至引水渠道(或涵洞)的影响也很大,所以,这里也将介绍一些改善前池水流条件的有关问题。

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