小型泵站系统节能关键技术研究

【摘要】：小型泵站系统节能关键技术研究对于面广量大的农村小型灌排泵站设计与节能改造具有重要的理论指导和现实意义。本文得到江苏省水利科技重点项目“小型泵站节能改造关键技术及其工程应用”(编号：2009024)和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目“中小型泵站系统节能改造关键技术及其应用研究”(编号：CXLX11_1005)的资助。 本文对扬州市邗江区数十座灌排泵站进行了大量的现场调研,充分掌握了不同结构型式小型泵站的机电设备、泵装置以及泵站管理等总体状况。通过对三座典型泵站系统能耗和效率的计算与分析,研究影响小型泵站系统运行效率的关键因素,挖掘其节能潜力。针对节能潜力较大的环节,采用理论计算和分析与流动三维数值模拟技术相结合的方法进行全面系统的研究,总结了小型泵站系统节能改造成套关键技术。本文工作与创新性成果主要有： (1)小型泵站以外的输水、输电、变电三部分能耗较大,将其归入小型泵站系统,从全系统角度研究农村小型泵站系统各组成部分的能耗和效率,具有重要的理论与实际意义。以运西排涝站为例,泵站以外三部分能耗约占系统总能耗23%,节能潜力较大。 (2)及时更换淘汰设备,合理选择机泵设备,提高泵机组效率。采用考虑泵站年运行时间扬程密度与包络线法相结合的方法、等扬程加大流量法进行水泵机组选型,可以节省泵站运行费用。 (3)适当加大输水涵洞过流面积,可以显著提高输水效率。优化泵站前池、进水池结构,定期清淤,及时清除拦污栅前污物,可以改善泵站进水流态,减小水头损失。 (4)利用流动数值模拟,计算分析了不同泵站出水管口直径、出水管在出水池内的高度、出水角度和出水池结构尺寸时的出水水头损失,通过对出水形式优化,可以减小水头损失0.05～0.29m。 (5)针对堤后式排涝泵站,建立泵站出水工程造价、运行费用与泵站出水穿堤涵洞位置高度的关系模型,以总费用最少为目标,优化求解泵站出水池和出水涵洞位置最优高度。算例泵站以使用寿命25年、年运行360小时计,堤顶至涵洞顶深度为1.75m时,总费用最省,与采用堤顶明渠出水相比,年运行费用减少8.13%,总费用节省7.26万元。 本文针对两座改造泵站系统集成应用新技术,取得了较好的节能和增容效果。其中,运西排涝轴流站,泵站系统效率提高13.81个百分点；墩留灌溉离心泵站两机组流量分别提高41.69个百分点和85.94个百分点,泵系统效率分别提高23.72个百分点和29.26个百分点,经济和社会效益显著。 【关键词】：小型泵站系统 能耗 效率 节能 关键技术 数值模拟
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S277.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 符号说明7-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 研究目的和意义12-14
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究目的13
• 1.1.3 研究意义13-14
• 1.2 机电排灌概况14-17
• 1.2.1 我国机电排灌概况14
• 1.2.2 江苏省机电排灌概况14-15
• 1.2.3 邗江区机电排灌概况15-17
• 1.3 小型泵站国内外研究现状及趋势17-21
• 1.3.1 国内研究现状及趋势17-20
• 1.3.2 国外研究现状及趋势20-21
• 1.4 存在问题与研究内容21-26
• 1.4.1 存在问题21-23
• 1.4.2 研究内容23-26
• 2 小型泵站系统组成、能耗与效率26-36
• 2.1 小型泵站系统组成26
• 2.2 系统能量传递与能耗26-35
• 2.2.1 输电损耗及效率27-28
• 2.2.2 变压器损耗及效率28
• 2.2.3 泵站能量损耗及效率28-33
• 2.2.4 输水渠(涵)能耗33-35
• 2.3 系统有效功率与系统效率35-36
• 3 典型泵站系统能耗与效率计算36-44
• 3.1 运西排涝站36-38
• 3.1.1 泵站基本情况36
• 3.1.2 泵站系统能耗与效率计算分析36-38
• 3.2 墩留灌溉站38-41
• 3.2.1 泵站基本情况38
• 3.2.2 泵站现场测试38-41
• 3.2.3 结果分析41
• 3.3 友谊河排灌站41-44
• 3.3.1 泵站基本情况41-43
• 3.3.2 泵站系统能耗及效率分析43-44
• 4 泵系统节能分析44-62
• 4.1 合理选型44-55
• 4.1.1 水泵选型44-47
• 4.1.2 电动机选型配套47
• 4.1.3 皮带传动影响因素分析与节能47-51
• 4.1.4 管路形式与经济管径51-55
• 4.2 泵系统经济运行55-59
• 4.2.1 变角经济运行55-56
• 4.2.2 变速经济运行56-58
• 4.2.3 变径经济运行58-59
• 4.3 水泵叶片间隙的影响59-60
• 4.4 水泵污物堵塞的影响60-62
• 5 泵站进出水建筑物与输水渠节能62-86
• 5.1 前池与进水池节能62-65
• 5.1.1 前池节能62-63
• 5.1.2 进水池节能63-65
• 5.2 清污节能65-69
• 5.2.1 拦污栅结构分析65-68
• 5.2.2 拦污栅选型68
• 5.2.3 清污方式68-69
• 5.3 出水池节能69-78
• 5.3.1 出水管布置形式的影响69-72
• 5.3.2 出水池宽度的影响72-75
• 5.3.3 出水池与出水渠连接段形式的影响75-77
• 5.3.4 底坎倾斜角度的影响77-78
• 5.3.5 出水池优化设计参数78
• 5.4 堤后式排涝泵站出水形式优化78-84
• 5.4.1 出水穿堤涵洞工程造价78-81
• 5.4.2 泵站运行费用81-82
• 5.4.3 出水工程与运行总费用及影响因素分析82
• 5.4.4 典型泵站出水优化设计82-84
• 5.4.5 优化结果分析84
• 5.5 输水渠(涵)节能84-86
• 6 泵站系统节能关键技术及其工程应用86-106
• 6.1 泵站系统节能关键技术86-92
• 6.1.1 泵站规划与节能86
• 6.1.2 输变电系统86-87
• 6.1.3 泵系统87-89
• 6.1.4 泵站进出水建筑物与输水渠(涵)89-91
• 6.1.5 泵站管理与节能91-92
• 6.2 关键技术应用及其分析92-106
• 6.2.1 运西排涝站92-99
• 6.2.2 墩留灌溉站99-103
• 6.2.3 友谊排灌站103-106
• 7 结论与展望106-108
• 7.1 研究结论106-107
• 7.2 研究展望107-108
• 参考文献108-114
• 致谢114-115
• 攻读学位期间参加的科研项目及完成的学术论文115-116

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