泵站群控系统的节能优化调度研究

在实际泵站运行中需要根据不同要求调节流量扬程,由于泵站中定速泵和调速泵运行组合不合理,导致泵站运行效率低下。针对此问题,提出以泵站总功率最小为目标函数,以供水指标约束、单泵供水能力和调速泵的调速比为约束条件,建立了泵站优化运行数学模型。利用人工蜂群算法确定水泵并联运行的台数、调速泵的调速比及各泵流量的分配,实现泵站的优化运行。以某泵站实际要求进行计算,得出优化运行方案,比较并分析人工蜂群算法和标准遗传算法在泵站优化运行中的适用性。结果表明:人工蜂群算法的计算结果更优,收敛速度更快,计算用时更少,表明该算法在泵站优化运行及相近领域有较高的实用价值。     

离心泵机组并联调速优化运行的数值解法

通过对离心式水泵高效工作区的性能曲线进行二次拟合,分析了离心式水泵机组并联调速运行特性.以泵机组功率最小为目标函数,以系统流量为约束条件,提出了一种符合水泵并联调速运行特性的最小功耗优化数学模型,将不同转速泵并联调速的最优控制问题转化为求解多元函数条件极值问题.采用拉格朗日乘数法和非线性方程组的Newton迭代法求解该模型,给出了并联调速机组优化运行时工况点的计算方法.试验结果证实了该模型的有效性和可行性.     

用数值方法求解离心泵运行工况点

正确确定水泵工况点是水泵优化选型、泵站优化设计以及泵站安全经济运行的必要条件。用离散点描述离心泵流量与扬程性能曲线,非离散点的水泵性能参数采用三次样条插值获得。根据水力学原理建立了求解离心泵单泵运行、并联运行和串联运行工况点方程组,给出了采用数值方法的二分法的计算步骤。提出了求解离心泵运行工况点的一种新方法。以某供水工程取水泵站为例,利用MATLAB编程求解,得到正常工作时4口井12台同型号潜水泵并联运行的工况点。算例表明提出的离心泵运行工况点数值计算方法是可行的。     

考虑配置的多源注水系统泵站运行方案优化

为了实现对多源注水系统中各站内运行注水泵的型号、数量及运行参数同时进行优化,以系统输入功率最小为优化目标,考虑水量平衡、泵流量、泵正常运行压力、泵型号等约束,建立了考虑泵配置的泵站运行方案优化数学模型.针对优化问题的特点,设计了双重编码改进遗传算法对模型进行求解.在双重编码中,第1行采用实数编码表示泵的流量,第2行采用整数编码表示泵所属注水站编号,实现了对优化变量的准确描述,并指出了解的编码为变长度编码.设计了根据流量确定泵型号的方法,泵的其他运行参数根据选择的泵型号确定.在改进遗传算法操作过程中,设计了初始解的产生方法及与问题相适应的多种交叉和变异方法,使部分约束条件得到了满足,减少了不可行解的数量.利用本算法对某深度注水系统进行了优化设计,优化后系统输入功率比现状降低了2.42%,表明在多源注水系统中对泵的配置及运行参数进行同时优化节能效果明显.     

大型灌排泵站改造应用研究

我国拥有数量庞大的灌排泵站,近年来特别是大中型泵站的发展已经成为我国灌排水网络的骨干和支柱工程。但随着在建和新建大型泵站中水泵单机功率的不断提升,能耗过高和运行稳定性的问题日益突出。单级双吸离心泵是我国灌排泵站的一种常见泵型,以宁夏回族自治区固海扬水工程白府都泵站更新改造工程中的单级双吸离心泵为研究对象,分析了该泵的运行中存在的问题,并给出了改进的叶轮优化方案,结果表明相对于传统的双吸式离心泵,采用交替加载与V形交错技术设计得到的双吸离心泵最明显的优势是具有高效区宽、压力脉动低的优点。本文丰富了单机双吸离心泵的改造设计方法,对未来泵站改造双吸离心泵具有一定的借鉴意义。     

全工况小型移动式电力提灌泵装置研究

针对四川丘陵地区小型泵站灌溉面积小、沿江河水位变幅大、季节性需水差异大,站多装机容量小、取水投资大、设备分散、维护不便、易被毁被盗等问题,进行了具有串并联方式的小型移动式电力提灌泵装置的研究.它优化集成机组、管路和控制系统于一体,采用离心泵的串并联和变频调速等关键技术,既可满足大流量的要求,又可实现高扬程工况需要,并保...     

基于动态规划法的单级泵站日经济运行优化模型

为合理选择泵站机组在不同工况下的组合方式,实现单级泵站的运行优化。通过分析水泵运行效率与水泵流量、扬程以及转速间的相互关系,确定水泵装置的工况点,构建单级泵站日经济优化运行模型,以泵站日运行总费用最低为目标,通过动态规划法从而求解单级泵站的日经济最优运行方案。选定南昌市九圩港提水泵站为研究对象,依据泵站已有的运行数据,在综合考虑泵站日运行分时电价、扬程及流量变化的基础上,将该泵站优化运行模型分为两层,第一层为泵站日经济优化运行模型,确定泵站在一日内运行费用的最小值;第二层为泵站运行效率优化模型,确定在不同时段内泵站效率最优运行方式。结果表明,当日总输水量一定时,分时电价是影响泵站日经济运行费用和不同时段机组流量分配的主要因素;以九圩港泵站的典型工况为例,优化后的泵站运行方案较优化前日单位运行费用降低了18%。该模型对实现单级泵站日经济优化运行具有一定指导意义。     

考虑峰谷电价及清水池调节容积的取水泵站优化调度

取水泵站优化运行调度研究对泵站节能具有较好的指导意义。针对取水泵站的工作特点,以取水泵站日运行耗电费最小为目标,考虑峰谷电价及清水池调节容积对取水泵站日运行耗电费的影响,建立了含定速泵或双速泵的取水泵站优化运行调度数学模型,并利用基于动态规划法的求解策略对该数学模型进行了求解。最后通过实例计算结果表明：在原有泵型不变且同等满足供水要求的情况下,该取水泵站采用本文优化后的运行方案较目前实际的运行方案,可有效地实现充分利用清水池调节容积应对峰谷电价进行错峰运行,泵站运行耗电费可明显降低,这验证了本文所建立的优化调度数学模型是合理、有效的,对类似的取水泵站节能运行具有良好的指导意义。     

复杂注水系统泵站优化调度的改进遗传算法

以耗电量最小为目标函数,排量、压力等限制为约束条件,建立了复杂注水系统泵站优化调度数学模型.针对系统运行特点,采用改进遗传算法对模型进行求解,同时优化出泵的运行状态和排量.改进遗传算法采用实数编码,并设计了随机多父辈交叉方法,改进了变异操作,操作过程中,给出了泵排量的处理方法,使各水量约束条件得到满足,大大减少了不可行解的产生,使算法的优化性能得到了提高.算例说明了该优化方法的有效性.     

大型泵站运行优化方法及其应用

为了掌握适于求解具有多变量的大型泵站运行优化问题的现代优化方法,阐述了遗传算法（GA）、基本粒子群算法（PSO）与模拟退火粒子群算法（SA-PSO）的基本原理,分析了算法的异同点,从理论上得出PSO算法较GA算法更简单、更高效.以南水北调东线工程江都泵站系统为例,当泵装置扬程一定时,以各座泵站开机台数和水泵叶片角度为变量,运行费用最少为目标函数,并且满足总抽水流量、单机允许抽水流量以及开机台数等约束条件,建立运行方案优化数学模型,确定各座泵站开机台数、机组运行工况和日运行费用.分别采用遗传算法、基本粒子群算法和模拟退火粒子群算法求解,可行性规则处理约束条件,应用Matlab语言编制优化计算程序.结果表明：SA-PSO算法求解的泵站变角优化运行方案,较在设计角度运行的方案节省运行费用0.99%～4.22%,较GA,PSO算法最优解方案分别节省运行费用0.22%～2.80%和0.02%～0.40%;3种算法的运算时间分别为30,52,25 s.因此,SA-PSO算法较为适合于大型泵站运行优化问题的求解.     

低比转数变工况离心泵的性能优化

为了提高低比转数变工况离心泵的全局效率,采用单独离心叶轮优化、单独蜗壳优化和叶轮与蜗壳整体优化3种设计方案,基于拉丁超立方抽样试验和模拟退火优化算法,利用数值模拟方法对流量比(最大流量/最小流量)为8的离心泵进行性能优化.研究结果表明:3种优化方案都能提高变工况离心泵的全局效率,其中蜗壳优化和整体优化获得的泵效率比较接近,而叶片优化方案的效果相对较弱,故开展低比转数变工况离心泵优化时,可以优先考虑对蜗壳结构参数进行优化设计;进行变工况离心泵水力设计时,为了提高离心泵整体效率,应使选取的设计流量稍微小于最大工作流量.     

基于泵阀联合调节的并联离心泵组高可靠性优化

针对离心泵常见的“大泵小用”问题,在常规多泵PID变频供水系统的基础上,通过优化投入运行的离心泵的数量和适当关小控制阀的方法提出了1种可以在一定程度上改善离心泵偏工况问题的方法.搭建了1套3台离心泵并联泵组试验台,并进行了测试.试验结果表明,文中提出的方法能够以增加一定的能耗为代价,在一定程度上改善离心泵的偏工况运行情况,提高离心泵的可靠性.当偏工况情况过于严重时,采用控制阀调节工况点的方法将会大大增加管路阻力,牺牲大量的能源,使得此方法欠缺经济性.当取消控制阀的作用仅保留泵数优化时,文中方法能够同时实现节能和一定程度上改善偏工况程度,但整体偏工况程度依然较严重.实际工程中可结合具体应用中对能耗与可靠性的权重倾向进行合理选择.     

核电站离心式上充泵多工况水力设计

离心式上充泵为多级双壳体结构,根据核电站系统要求,其水力性能需同时满足5个工况点.为实现上充泵多工况水力设计,在系统总结离心泵非设计工况研究进展的基础上,提出了多种叶轮水力设计方案优化组合与叶轮多工况水力设计相结合的技术,并进行了上充泵多工况水力设计实践.利用多级离心泵叶轮组合原则对上充泵所要求的多工况点进行拆分,得到不同叶轮性能曲线优化组合设计方案,分别进行首级叶轮、2-4级叶轮和5-12级叶轮水力设计.按照设计方案制造4级泵样机（转速2 950 r/min）,并进行性能试验.试验结果换算到4 500 r/min与规定值对比表明,有4个工况点满足要求,大于规定值2.6%;仅最大流量工况扬程偏低,低于规定值11.8%,实现了多工况水力设计目的.     

大功率高压离心泵的优化设计

针对大功率高压离心泵高扬程、大流量、高转速以及高运行可靠性的要求,从水力模型设计、转子动力学设计、高压承压元件安全设计3个方面对大功率高压离心泵进行研究.在水力设计上,应用CFD技术对泵的过流部件进行优化并考虑泵内间隙流动对整个转子系统的动力学影响,完成泵的水力模型设计;在转子动力学设计上,通过对机组轴系扭振特性和临界转速分析并考虑泵的实际工况引入＂湿＂临界转速以保证转子的刚性化设计和机组的运行可靠性;在高压壳体设计中,引入压力容器的设计理论,采用基于应力分类的大型高压离心泵承压件的优化设计并进行三维数值模拟完成高压壳体的安全设计.在3 800 kW高压泵上运用以上技术,结果表明,所设计的泵符合要求,该技术对国内研发大功率高压泵具有参考意义.     

超大型离心泵站过渡过程计算及水锤防护

中短距离的超大型离心泵并联泵站在我国灌溉系统中并不多见,但随着规模化农业的发展以及跨流域调水的需求,泵站大型化是一个发展趋势,针对国外一特大型灌溉泵站(8×8000 kW)在各种特征工况下的启停过渡过程进行了计算和分析,根据计算结果提出了防护措施及运行建议:对于最大高差的组合水位,如阀门拒动将导致主泵倒转超过1.3倍额定转速,需采用两阶段关阀进行防护;经计算,正常或事故停泵工况,采用30 s/0.25~90 s/0°两阶段关阀程序可满足所有工况防护要求。但对于并联系统,运行期间需要注意单泵启停对同组其他泵的影响,启停水泵必须由其后的逆止阀实施相应保护,如阀门拒动,则需全停对应泵组。     

离心泵多工况水力性能优化设计方法

基于全局优化算法和各项损失计算的离心泵能量性能计算模型,提出一种离心泵多工况水力性能优化设计方法.该方法以原始设计的关键几何参数值为初始条件、设计工况的扬程为约束条件、多个工况的加权平均功率最小为目标,同时采用自适应模拟退火算法对离心泵能量性能计算模型进行求解,采用超传递近似法来确定各目标函数的权重因子,并采用该方法对一比转数为129.3的离心泵进行了多工况优化,最后分别对原设计和多工况优化设计进行了数值计算,计算结果表明：0.6Qd和1.2Qd工况下,多工况优化得到的功率低于原始设计,而设计工况下,多工况优化得到的功率比原始设计略高;多工况优化得到的3工况点加权平均功率比原始设计低0.06%;多工况优化的3点加权平均效率则比原始设计高0.46%.研究结果对于离心泵的节能设计具有比较重要的参考价值.     

多源环状注水系统泵站运行方案与管网同步优化

为了最大程度地提高注水系统运行效率,对泵站运行方案与管网同时进行优化.针对多源环状注水系统,以泵的开停状态、流量和管线的连接状态、管径为优化设计变量,以运行能耗和管网投资费用最小为优化目标,考虑流量、压力、环状管网等各类约束条件,建立了多源环状注水系统运行方案与管网同步优化数学模型.针对该同步优化问题的特点,设计了双重广义染色体编码遗传算法对模型求解.泵的编码中,第1行采用二进制编码表示泵的开停状态,第2行采用实数编码表示泵的流量;管线的编码中,第1行采用二进制编码表示管线的连接状态,第2行采用整数编码表示管线的管径.实现了对各优化变量的精确表达,设计了与问题相适应的初始解产生及编码交叉、变异方法,避免或减少了不可行解的产生.并对实例进行优化设计,同步优化与仅进行管网优化对比,运行能耗降低了4.66%,管网投资费用降低了1.73%,表明同步优化的节能效果明显.     

离心泵水力诱导激振试验研究

离心泵的水力诱导激振影响泵的安全稳定运行。为了揭示离心泵水力诱导激振特性,以一台单叶片离心泵为试验对象,采用两个垂直布置的涡电流位移传感器测量离心泵空转及抽水时叶轮口环的瞬态位移,获得了叶轮口环瞬态位移的时域图、频域图以及口环位移轨迹图。基于霍尔感应器的键相信息,采用华科水力机械综合测试仪获得了离心泵在不同流量工况的水力诱导激振特性。试验结果表明,离心泵空转及抽水时时域图、频域图相似,波形均为周期性重复的畸变正弦曲线,主频均为叶轮转频,口环位移轨迹图均为畸变的椭圆形,但抽水时口环位移幅值有所减小。离心泵的水力诱导口环位移轨迹图在不同流量工况下均为畸变的椭圆形,在210°~300°之间出现一个突变区域,水力诱导激振在小流量工况显著增强,在额定工况及大流量工况水力诱导激振基本不变。     

基于遗传算法的离心泵叶轮参数化造型及优化设计

根据流面流动理论,通过坐标变换实现离心泵叶轮子午面及叶片结构的参数化造型.采用自适应策略等技术对遗传算法的遗传操作进行改进以提高算法搜索效率,并设计了多目标决策的适应值函数.采用CFD软件NUMECA对叶轮及压水室等主要过流部件内部流动进行三维定常计算,从而预测离心泵的水力性能.编写FORTRAN程序实现参数化、搜索算法及性能预测3部分的联合,开发出一种离心泵叶轮造型的自动优化方法.以离心泵的2个外特性参数效率和扬程作为优化目标,应用该方法对Dn1000型潜油泵及IS80-65-125型清水泵的叶轮结构进行多目标优化.优化后两泵的水力性能有了明显提高,在设计工况下扬程分别提高了0.21 m和1.70 m,效率分别提高了1.9%和2.3%.