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污水泵站泵进出口流量软测量方法及应用

污水泵站泵进出口流量软测量方法及应用,为满足可持续发展的需要,我国越来越重视循环水的利用和污水的处理。由此,建立污水泵站也是市政建设必须考虑的问题。污水泵站流量测量一般采用电磁流量计来计量泵进出口流量,比口径较大的电磁流量计的价格不菲。根据实际工艺要求和流量计算原理,提出了一种实用的软测量方法。该软测量法经多次实地试验,结果表明,用该方法测量出污水泵站泵送流量是可行的。
水是人类的生命之源。随着我国经济的发展,水的需求越来越大,而水体污染已经成为我国面临的严重问题之一。城市工业污水和生活污水的排放量也随之逐年增加。目前对于城市污水的处理大多是污水排入污水管网,然后流入污水泵站,由污水泵站输送至污水处理厂。城市污水泵站就担负着将整个污水管网收集的污水经提升、加压后,输入管网终端的污水处理厂的作用。污水泵站的运行需要知道每天大致的泵送污水量,但对性并不是要求很高。污水泵站的泵送出口管道往往口径比较大,投资一台流量计的费用不低。一个污水泵站通常需要几个大口径的流量计。如能不采用常规流量计而能有效地计算污水泵站每天的泵送量,这即能达到减少泵送量的要求。
1 污水泵站设计
1.1 污水泵站工艺流程
城市污水通过污水管网流入污水泵站,经泵站提升、加压,然后通过重力作用流入污水处理厂,其工艺流程如图1所示。
在目前的污水泵站设计中,提升泵多采用潜污泵,在每台泵后的出口处安装一电磁流量计,用于计量每台泵的泵送量。通常情况,认为此计量方法准确、可靠,然而在实际的现场应用中,受现场安装条件、现场施工人员的施工水平等各种原因的影响,计量并不十分准确,特别是有些流量计的安装受现场安装条件的限制,无法保证使流量计一直处于满管状态,特别是泵停止运行的时候,泵后出水管常常处于半满管、空管的状态,此种状态大大影响正确的计量。
1.2 潜水泵及工作特性
潜水泵是将电动机和水泵合为一体的潜入水中的一种水泵,从外部结构看,可以分为三部分,即上部为水泵,下部为电动机,中间为进水口。电动机轴和泵轴直接相连,当防水电缆将电力通入潜入水中的电动机时,即带动水泵运行,将水由上部水管扬至地面。
由于影响泵工作参数的因数比较复杂,目前尚难以从理论上准确的求出泵工作参数间的相互关系和变换规律,所以在实际中,往往用试验的方法测出有关工作参数,再绘出其关系曲线,用以反映它们直接的内在联系和变化规律,这种曲线就是泵的性能曲线,性能曲线可以全面、直观、准确地表示泵的工作性能。
2 软测量方法的提出和模型设计
在实际应用中,泵和动力机、传动设备、管路组成一个整体,称为抽水装置。如果再把进水池和出水池考虑在内,则形成一个抽水系统,在抽水系统中,泵的运行状态、效能发挥如何,其流量、扬程能否满足实际排水需要,怎样进行水量的调节,泵、管、池相互关系以及影响如何,这些问题的解决不仅取决于泵本身的工作特性,而且也和其管理特性,进、出池水位有关。在这里,我们设计一个最简单的流量测量模型来分析如何测量泵送流量。
在图2所示的抽水系统中,我们要把单位重量的水从下面的泵坑通过总长为l、直径为d的管道输送到出水渠所需要的能量,即需要扬程h需为
式中:p′、p′分别是下水面和上水面的压力,一般为大气压pa即p′=p′=pa;h净为净扬程(实际扬程),即上、下水面间的垂直高度,m;h损为通过管路液体单位液重的水力损失水头;h沿、h局分别为管路沿程和局部损失水头,m;a为管路截面面积,m2;f、∑ξ分别为管路摩阻系数和各种局部阻力系数之合;k管路特性系数,对于一个已知管路系统,其常数;因此h净=h需-kq2。
而对于水泵的实际扬程h是指通过水泵每单位液重实际所获得的能量。在实际中,可以用试验方法测得水泵的q-h为一条下降的曲线。
在图2的抽水系统中,当出水量为q时,如水泵提供的扬程和扬水所需要的扬程相等时,抽水装置处于一个稳定的工作状态,可见泵的工作点实际上就是抽水系统供需能量的平衡点。
在这里我们用蕞小二乘法对水泵的q2h曲线进行抛物线拟合。
h =aq2+bq +c (2)
式中:h为潜水泵的实际扬程;q为潜水泵的泵送流量。
3 应用实验
对上述建立的模型的泵校测逻辑如进行试验,如图3所示,在实验中,我们根据土建资料,很容易就确定泵坑的形状、计算出不同液位时的泵坑的表面积,根据单位时间内泵坑液位液位下降的高度,计算出泵在单位时间内的泵送量,从而算出潜水泵在该液位时的流量。我们以单位时间t为采样周期,在单位的采样周期内,由于潜水泵的泵送作用,泵坑的液位由h1下降为h2,我们假设泵坑的表面积为s,则我们认为泵坑液位h=(h1+h2) /2高度时,泵送流量为q=s×(h1-h2) /t。
为了验证此方法的可行性,本次实验选用上海郊区某一污水泵站为实验对象,在该泵站中,每个潜水泵后出口安装电磁流量计,因此非常方便用于校验该测量方法的可行性,选用modicon plc做为污水泵站的主控制器,负责设备的控制、数据的采样、处理,根据采集的数据计算出拟合曲线的参数,一台触摸屏用于对现场设备的操作,同时为了便于数据的记录分析,临时增设一台笔记本计算机用于记录、分析数据,并根据记录的数据绘制泵的工作特性。
在实际的现场实验中,我们在泵坑顶部安装一个超声波液位计,实时检测泵坑的液位。当开始校测时,停止所有运行的泵,打开进水闸门,使水位上升至设定值hi,然后关闭进水闸门,启动水泵,使泵坑液位从hi下降至lo,plc根据采样周期t,自动记录测量的液位值,计算出对于液位值的流量,当校测结束时,算出拟合抛物线的参数a,b,c.同时计算机也根据采样周期t,记录对应的液位值,电磁流量计的瞬时流量值,算出根据液位变化而测出的流量值,最后绘制出其中一台泵的h-q流量曲线如图4所示。
我们对该泵站的每台泵都多次进行试验,虽然在该泵站中所用的泵为同一厂家的泵,但其每台泵的特性曲线并不相同,然而对于同一台泵,我们根据所测的数据绘制出来的曲线其重合度非常高。
4 结束语
应用试验最后所测的数据和所绘制曲线的表明:用该方法测量出污水泵站泵送流量是可行的,完全能满足生产运行管理的要求。同时在实际的现场应用中,对于下面几种情况我们也应注意。
该方法测出的流量只能保证在校测液位区间内是有效的,因此校测液位区间必须包括水泵正常运行的液位范围。
在校测的过程中,进水闸门关闭后,必须进行渗漏检测,如果渗漏,则在校测过程中必须考虑此因素。
如果多台潜水泵的泵后出水管汇入一根总管,则必须考虑总管压力,考虑多台泵并联运行的情况。
点击次数:  更新时间:2017-04-20 16:15:33  【打印此页】  【关闭