供水泵站优化及其应用研究

摘要

供水泵站工程主要用于城市供水、农田灌溉以及跨流域调水等领域。而目前，泵站系统普遍存在效率偏低、能耗大的问题，泵站节能优化的前景十分可观。另外，在泵站安全防护问题中，水锤事故给人民的正常生活和生产带来了严重的影响和损失。因此，为实现供水系统的安全经济运行，对供水泵站进行优化研究意义重大。
　　 本文以供水泵站的安全与节能优化为目的，系统的研究了供水泵站水泵的优化选型和优化运行调节方法，以实现供水工程的节能降耗目标：研究压力管路泵站系统的停泵水锤工况，模拟水锤发生规律，为供水泵站的安全运行提供依据；最终，将该安全经济优化方法应用于工程中。具体内容有：
　　 1)以泵站年费用最小为目标函数建立整数规划数学模型，采用分支定界法对模型进行求解，确定泵站优化选型方案。
　　 2)借助有着强大数值计算、绘图功能的交互式Matlab计算软件建立离心泵样本及价格数据库，实现水泵的计算机快速优化选型研究。
　　 3)根据水锤计算基本原理及方法，采用特征线法进行停泵水锤模拟，分别探讨不同边界条件下(无阀、普通止回阀、缓闭止回阀)停泵水锤发生规律，进行相应压力管路安全防护措施研究。同时，还对停泵水锤两阶段关闭阀调节进行了研究，提出一种确定两阶段关闭阀最佳关闭程序的模拟方法。
　　 4)以最小轴功率或系统效率最高为目标函数，分别建立不同调节运行方法(变速调节、变径调节)下的数学模型，优化调节泵站供水工程的运行，并利用遗传算法对变速调节优化模型进行了求解。
　　 5)结合供水工程的实例，分析了水泵选型优化及优化运行的一般步骤，得出泵站节能优化方案；结合工程实例，给出了工程应用中含水柱分离管路的水锤分析方法，并根据Matlab模拟结果分析了液控蝶阀及空气阀两种常用防护方案下水锤参数的变化，设计了液控蝶阀最佳关闭程序，最终使得压力管路安全防护得以实现。
　　 6)编程实现本文节能优化数学模型的求解及泵站水锤模拟计算数据的可视化研究，编制出泵站优化模块化程序。