長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)及總體布置節(jié)能方法技術(shù)方案

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)。輸水工程系統(tǒng)通過(guò)逐級(jí)提水和加壓泵站及明渠、倒虹吸、渡槽、管道、隧洞、暗渠輸水，到達(dá)輸水工程末端。各泵站和水閘的電氣和控制設(shè)備分別為泵站內(nèi)水泵和閥門(mén)、分水閘(閥)等提供動(dòng)力和控制，協(xié)調(diào)調(diào)度梯級(jí)加壓泵站和輸水系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)供水目標(biāo)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)還提供了上述長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)的節(jié)能方法，本方法以工程總造價(jià)的年值或凈現(xiàn)值最小為前提，為避免強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的同時(shí)帶來(lái)工程投資增加等其它問(wèn)題。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種山丘區(qū)輸水工程系統(tǒng)，特別涉及一種長(zhǎng)距離具有多級(jí)提水和加壓泵站、輸水明渠、壓力管道、隧洞、暗渠、引水閘、節(jié)制閘、倒虹吸等建筑物型式和加壓輸水、無(wú)壓重力流輸水、有壓重力流輸水方式的復(fù)雜輸水系統(tǒng)。本專(zhuān)利技術(shù)還涉及所述輸水工程系統(tǒng)的節(jié)能方法。
技術(shù)介紹
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，水資源短缺問(wèn)題越來(lái)越突出，長(zhǎng)距離、跨流域調(diào)水工程作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施不斷興建。長(zhǎng)距離大型輸水工程涉及的輸水建筑物型式種類(lèi)繁多：如引水閘、節(jié)制閘、倒虹吸、提水泵站、加壓泵站、輸水明渠、渡槽、管道、暗渠、隧洞、明渠分水閘、管道分水口、調(diào)節(jié)水池等；輸水方式常見(jiàn)的有：無(wú)壓重力流輸水、加壓輸水、有壓重力流輸水，以及多種輸水方式的結(jié)合等。長(zhǎng)距離調(diào)水工程是重要的能耗大戶(hù)，能耗成本往往占很大的比例。但由于大型調(diào)水工程投資大、組成建筑物多、系統(tǒng)總體布局復(fù)雜、涉及面廣，以及目前我國(guó)在長(zhǎng)距離大型輸水工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工和運(yùn)行管理等方面存在的不合理現(xiàn)象和不同程度的技術(shù)差距，造成了工程能源浪費(fèi)、利用效率低和工程運(yùn)行成本高等問(wèn)題。因此，在長(zhǎng)距離調(diào)水工程系統(tǒng)中研究節(jié)約能源，具有特別重要的意義，也是本專(zhuān)利技術(shù)需要解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的長(zhǎng)距離大型輸水工程系統(tǒng)及節(jié)能方法。本專(zhuān)利技術(shù)中的輸水工程系統(tǒng)是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)，在輸水工程始端和末端的輸水系統(tǒng)沿線(xiàn)上設(shè)置連續(xù)的若干級(jí)泵站，所述泵站包括提水泵站和加壓泵站；每一級(jí)提水泵站前后連接輸水明渠，所述輸水明渠渠首設(shè)置引水閘、沿線(xiàn)設(shè)若干座節(jié)制r/>閘、根據(jù)地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙的倒虹吸和渡槽；每一級(jí)加壓泵站后連接輸水管路至下一級(jí)泵站，所述輸水管路根據(jù)地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙的輸水管道、隧洞、暗渠中的一種或多種的結(jié)合；所述輸水系統(tǒng)沿線(xiàn)上用于連通用水戶(hù)的分水閘和設(shè)有分水閥門(mén)的分水口。優(yōu)選的，所述提水泵站前具有前池，前池上游設(shè)清污機(jī)，所述倒虹吸進(jìn)口設(shè)攔污柵和具有節(jié)制閘功能的檢修閘門(mén)，引水閘、節(jié)制閘及倒虹吸進(jìn)口檢修閘門(mén)采用系統(tǒng)事故停電可自動(dòng)關(guān)閉閘門(mén)的齒桿式啟閉機(jī)。優(yōu)選的，所述泵站、引水閘、節(jié)制閘、和分水閘連接用于提供動(dòng)力和控制的電氣控制設(shè)備。優(yōu)選的，所述每一級(jí)加壓泵站前均設(shè)有前池。優(yōu)選的，所述每一級(jí)加壓泵站的第一級(jí)加壓泵站具有前池，其它級(jí)加壓泵站前沒(méi)有前池。優(yōu)選的，所述提水泵站和加壓泵站組成均包括水泵進(jìn)水端和出水端，在進(jìn)水端和出水端之間并聯(lián)連接的若干個(gè)定速水泵和調(diào)速水泵，每個(gè)水泵分別設(shè)有一水泵控制柜，在泵站前池、泵站的各水泵進(jìn)出水端、分水口、沿輸水線(xiàn)路控制點(diǎn)均設(shè)置有壓力表、流量計(jì)、水位計(jì)、計(jì)時(shí)器，還包括一控制單元，所述控制單元的數(shù)據(jù)采集端與所述的壓力表、流量計(jì)、水位計(jì)、計(jì)時(shí)器連接，所述控制單元的控制端與控制水泵的水泵控制柜連接。本專(zhuān)利技術(shù)還提供了上述長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)的節(jié)能方法，所述節(jié)能方法為避免強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的同時(shí)帶來(lái)工程投資增加等其它問(wèn)題，是以工程總造價(jià)的年值或凈現(xiàn)值最小為前提的。其是輸水工程系統(tǒng)的總體布置與輸水方式的節(jié)能方法，所述節(jié)能方法主要包括以下步驟：S10：選擇多個(gè)可行的輸水系統(tǒng)方案；S20：對(duì)多個(gè)可行的輸水系統(tǒng)方案以系統(tǒng)年綜合費(fèi)用z進(jìn)行計(jì)算，z最小的方案最為節(jié)能，使Z→min.Z=Σj=1m(i(1+i)y(1+i)y-1+αj)Pkj+Σi=1n-kQiHsyiTi1000ηpηpiηmotρgb(j=1,2,3,........m)---(1)]]>式中：i—銀行年利率；Pkj—管道、隧洞、暗渠、明渠、渡槽、泵站等工程組成建筑物的投資；y—投資回收期的年限；m—工程組成建筑物的數(shù)量；n—所選用的水泵數(shù)目(包括備用水泵)，臺(tái)；k—備用水泵的數(shù)目，臺(tái)；α—年折舊率；αj指第m個(gè)工程組成建筑物的年折舊率；b—單位電能的費(fèi)用[元/(kW·h)]；ρ—水的密度(kg/m3)；Qi—第i級(jí)泵站1年中隨季節(jié)變化的平均日輸水量(m3/s)；Hsyi—相應(yīng)于Qi的泵站裝置揚(yáng)程(m)；Ti—第i級(jí)泵站1年中平均工作小時(shí)數(shù)(h)；ηp—水泵效率；ηpi—管道效率；ηpi＝Hsyi/Hiηmot—電動(dòng)機(jī)效率。優(yōu)選的，所述步驟S10中在選擇輸水系統(tǒng)方案中輸水方式的節(jié)能是在輸水條件具備時(shí)依次優(yōu)先選用有壓重力流輸水、明渠無(wú)壓重力流輸水、加壓輸水和重力流結(jié)合輸水、加壓輸水。優(yōu)選的，所述步驟S10的步驟如下：S11：根據(jù)輸水系統(tǒng)的水源地和供水目標(biāo)，以及系統(tǒng)沿線(xiàn)受水區(qū)位置和地形地貌，規(guī)劃輸水線(xiàn)路平面布置方案；S12：對(duì)各平面布置方案縱、橫斷面設(shè)計(jì)；S13：水力計(jì)算，能否管道自流，如是，則進(jìn)入步驟S20；如否，則進(jìn)入步驟S14；S14：是否具備全線(xiàn)重力流明渠輸水，如是，則進(jìn)入步驟S20；如否，則進(jìn)入步驟S15；S15：是否具備梯級(jí)提水明渠輸水，如是，則進(jìn)入步驟S16；如否，則進(jìn)入步驟S17；S16：確定泵站級(jí)數(shù)和位置，優(yōu)化水泵選型、大小泵組合或調(diào)速泵最優(yōu)組合運(yùn)行、傳動(dòng)效率、進(jìn)出水設(shè)施，進(jìn)入步驟S20；S17：是否加壓與重力流組合輸水，如是，優(yōu)化節(jié)能管徑、管材、加壓泵站級(jí)數(shù)、位置；確定加壓段的控制點(diǎn)，調(diào)節(jié)池位置、隧洞及暗渠型式、長(zhǎng)度、進(jìn)出口高程，進(jìn)入步驟S20；如否，則采用加壓輸水，優(yōu)化節(jié)能管徑、管材、加壓泵站級(jí)數(shù)、位置，進(jìn)入步驟S20。本專(zhuān)利技術(shù)另外提供了一種長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)的節(jié)能方法，所述節(jié)能方法為水泵選型節(jié)能方法，其包括以下步驟：S31：確定長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)的若干級(jí)泵站的級(jí)數(shù)和位置，選擇水泵；S32：調(diào)速泵和定速泵臺(tái)數(shù)的確定(1)調(diào)速泵和定速泵不同型號(hào)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足：2Q1+nQ2=QQ1=2Q2H=Hp---(2)]]>式中Q—總調(diào)水量；Q1—調(diào)速泵額定轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的流量；Q2—定速泵額定轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的流量；n—定速泵臺(tái)數(shù)；n＝1，2，…，nH—調(diào)速泵和定速泵揚(yáng)程；Hp—泵站出口設(shè)定壓力。(2)調(diào)速泵和定速泵相同型號(hào)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足：(2+n)Q1=QH=Hp---(3)]]>式(2)、(3)中，Q、Hp已知，需求出Q1、Q2、H；分別設(shè)n＝1，2，…，n即可得到相應(yīng)的幾個(gè)方案；結(jié)合水泵產(chǎn)品樣本及參數(shù)，初步確定調(diào)速泵和定速泵數(shù)量的組合方案；S33：核定各個(gè)工況時(shí)調(diào)速泵和定速泵是否工作在高效區(qū)內(nèi)，若工作偏出高效區(qū)，則應(yīng)重新選泵；S34：枚舉法計(jì)算上述經(jīng)核定的調(diào)速泵和定速泵數(shù)量組合方案的泵站泵組的年綜合費(fèi)用；Zb=(Σi=1nMi+Σi=1lPi)(i(1+i)y(1+i)y-1+α)+Σi=1n-k(ρgQiHi1000ηi)tb×10-4---(4)]]>式中：Zb——泵站年綜合費(fèi)用，萬(wàn)元/年；n——所選用的水泵數(shù)目(包括備用水泵)，臺(tái)；k——備用水泵的數(shù)目，臺(tái)；l——調(diào)速器的數(shù)目，臺(tái)；Mi——第i臺(tái)水泵和電機(jī)的初投資，萬(wàn)元；Pi——第i臺(tái)調(diào)速器的初投資，萬(wàn)元；y——投資回收期的年限，；α——設(shè)備年大修費(fèi)率；ρ——輸送介質(zhì)的密度；Qi——第i臺(tái)水泵的流量，m3/h；Hi——第i臺(tái)水泵的揚(yáng)程，m；ηi——第i臺(tái)水泵的揚(yáng)程的總效率(％)；t——水泵的年運(yùn)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)，其特征在于，在輸水工程始端和末端的輸水系統(tǒng)沿線(xiàn)上設(shè)置連續(xù)的若干級(jí)泵站，所述泵站包括提水泵站和加壓泵站；每一級(jí)提水泵站前后連接輸水明渠，所述輸水明渠渠首設(shè)置引水閘、沿線(xiàn)設(shè)若干座節(jié)制閘、根據(jù)地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙的倒虹吸和渡槽；每一級(jí)加壓泵站后連接輸水管路至下一級(jí)泵站，所述輸水管路根據(jù)地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙的輸水管道、隧洞、暗渠中的一種或多種的結(jié)合；所述輸水系統(tǒng)沿線(xiàn)上用于連通用水戶(hù)的分水閘和設(shè)有分水閥門(mén)的分水口。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)，其特征在于，在輸水工程始端和末端的輸水系統(tǒng)沿線(xiàn)上設(shè)置連續(xù)的若干級(jí)泵站，所述泵站包括提水泵站和加壓泵站；每一級(jí)提水泵站前后連接輸水明渠，所述輸水明渠渠首設(shè)置引水閘、沿線(xiàn)設(shè)若干座節(jié)制閘、根據(jù)地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙的倒虹吸和渡槽；每一級(jí)加壓泵站后連接輸水管路至下一級(jí)泵站，所述輸水管路根據(jù)地形變化選自用于輸送水流穿越或跨越障礙的輸水管道、隧洞、暗渠中的一種或多種的結(jié)合；所述輸水系統(tǒng)沿線(xiàn)上用于連通用水戶(hù)的分水閘和設(shè)有分水閥門(mén)的分水口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)，其特征在于，所述提水泵站前具有前池，前池上游設(shè)清污機(jī)，所述倒虹吸進(jìn)口設(shè)攔污柵和具有節(jié)制閘功能的檢修閘門(mén)，引水閘、節(jié)制閘及倒虹吸進(jìn)口檢修閘門(mén)采用系統(tǒng)事故停電可自動(dòng)關(guān)閉閘門(mén)的齒桿式啟閉機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)，其特征在于，所述泵站、引水閘、節(jié)制閘、和分水閘連接用于提供動(dòng)力和控制的電氣控制設(shè)備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)，其特征在于，所述每一級(jí)加壓泵站前均設(shè)有前池。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)，其特征在于，所述每一級(jí)加壓泵站的第一級(jí)加壓泵站具有前池，其它級(jí)加壓泵站前沒(méi)有前池。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)，其特征在于，所述提水泵站和加壓泵站組成均包括水泵進(jìn)水端和出水端，在進(jìn)水端和出水端之間并聯(lián)連接的若干個(gè)定速水泵和調(diào)速水泵，每個(gè)水泵分別設(shè)有一水泵控制柜，在泵站前池、泵站的各水泵進(jìn)出水端、分水口、沿輸水線(xiàn)路控制點(diǎn)均設(shè)置有壓力表、流量計(jì)、水位計(jì)、計(jì)時(shí)器，還包括一控制單元，所述控制單元的數(shù)據(jù)采集端與所述的壓力表、流量計(jì)、水位計(jì)、計(jì)時(shí)器連接，所述控制單元的控制端與控制水泵的水泵控制柜連接。7.一種長(zhǎng)距離輸水工程系統(tǒng)的節(jié)能方法，所述節(jié)能方法主要包括以下步驟：S10：選擇多個(gè)可行的輸水系統(tǒng)方案；S20：對(duì)多個(gè)可行的輸水系統(tǒng)方案以系統(tǒng)年綜合費(fèi)用z進(jìn)行計(jì)算，z最小的方案最為節(jié)能，使Z→min.Z=Σj=1m(i(1...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杜培文，許志剛，王金華，李孟，李鵬飛，曹蘭蘭，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：杜培文，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東;37