泵站可靠性設計中應注意的幾個問題

朱立鑫

【摘要】泵站是給水系統中的關鍵組成部分，其可靠性設計是正常給水的重要保障。本文首先給出了其機組可靠運行的度量，并對用戶對其的可靠性需求進行分析，同時也指出了在其可靠性設計中的過程中我們應注意的問題。

【關鍵詞】泵站；可靠性設計；注意問題

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

一、前言

泵站作為給水系統的重要組成部分，其高效可靠的運行是人們維持正常生活的重要保障。為了實現這一目的，我們需要嚴格設計其可靠性的計算方法，仔細分析用戶對泵站的使用需求，控制其停機時間與停機次數，并在設計的過程中格外關注其中的關鍵性要素，以實現泵站的可靠性設計。

二、水泵機組運行可靠性的度量

所謂可靠性是指產品在規定的時間內 , 在規定的條件下 , 完成規定功能的能力. 當用概率來度量這一“能力”時 , 就是可靠度 , 即可靠度是可靠性的概率度量. 在可靠性的定義中 , 論述的對象泛指產品 , 本文中可靠性問題的對象是指水泵機組. 影響水泵機組運行可靠性的因素主要有 : 一是各設備本身的技術狀況 , 包括水泵、動力機、傳動裝置等 ; 二是水泵與動力機是否合理配套. 根據本文的研究目的 , 這里在各設備本身正常的情況下 (指正常使用時具有良好的工作性能) , 僅從水泵和動力機配套的角度 , 研究水泵機組運行的可靠性. 于是 , 水泵機組運行的可靠度可表達為 :

式中 : Ps 為水泵機組運行的可靠度, N ;為水泵的軸功率, kW, N；為水泵運行中高效區內能最大軸功率, kW; 為傳動裝置效率; K 為功率備用系數; N配為動力機的功率, kW;

為研究方便,認為動力機一旦選定,其輸出功率是確定的,運行中也按確定的值考慮.因此,動力機和傳動裝置一定時,考慮傳動裝置損失的功率后,動力機作用在水泵軸上的功率 為確定的值; 而由于水泵運行中受眾多因素的影響 , 水泵的軸功率N為隨機變量.

式中表明,在各設備本身正常的情況下,水泵運行過程中,時,水泵機組運行處于可靠狀態;反之,機組運行處于故障狀態.

三、用戶對可靠性的要求

1、最大允許斷水持續時間

最大允許斷水持續時間是指一次停水的最大持續時間。不同的用戶所允許的斷水持續時間要求不一。對于民用給水排水工程(消防供水要求除外) ,建筑類別與等級的不同 ,最大允許斷水持續時間可考慮不同。從一般住宅、高級住宅至一般旅館、高級飯店 ,最大允許斷水持續時間一般宜控制在 24～2 小時不等。對于工業給水排水工程一般最大允許斷水持續時間都較短 ,幾分至幾十分不等 ,甚至要求連續供水。對于最大允許斷水持續時間較長的用戶 ,系統可考慮采用備用組件在事故停水時更換的方法修復系統 ;而對于最大允許斷水持續時間較短的用戶 ,一方機可考慮在事故停水期間采用備件替換修復較小的設備和方便替換的系統組件以恢復系統 ,另一方面可考慮手工啟動備用系統。對于最大允許斷水持續時間要求較短的用戶 ,一般可考慮采用快速自動切換備用系統以恢復供水 ,或考慮采用系統儲備的調節容積彌補泵站事故停水引起的供水不足。

2、允許累計斷水時間與允許斷水率

允許累計斷水時間是指在統計時間內用戶所允許的供水系統斷水時間的累加值。允許斷水率是指在統計時間內用戶所允許的累計斷水時間與統計時間的比值。允許累計斷水時間與允許斷水率可用于衡量用戶在較長時間內對供水系統供水可靠性的要求。累計斷水時間與斷水率在泵站設計時 ,主要應考慮系統的故障可能發生的頻率及其持續時間。有時 ,泵站系統設計時 ,可以使系統有較快的恢復能力 ,滿足較短的最大允許斷水持續時間 ,但由于系統故障頻繁造成斷水率較高。這種情況的發生 ,也同樣影響用戶的用水需求。解決這一問題的出發點是考慮采用故障率低的設備。

3、允許事故供水流量百分比

允許事故供水流量百分比是指用戶在泵站及其系統發生局部事故情況下 ,要求泵站及其系統運行時 ,所供出的流量占滿足用戶正常需要時所供出流量的百分比。一般情況下 ,對于城市供水系統 ,允許事故供水流量百分比取 70 %。該指標反映了用戶對泵站及其系統事故情況下供水能力的要求。滿足事故供水流量百分比要求所采取的措施 ,主要靠設計泵站及其系統以并聯工作的供水方式加以解決。

四、泵站可靠性設計應注意的問題

1、配水廊道

配水廊道的主要功能是將來水分配至進水井，對于一般的供水系統，該廊道應滿足能向各進水井獨立配水的要求，通過閘板或閥門控制各進水井的進入。一般情況下，配水廊道設計可不分段，但當進水井閘板或閥門檢修時間大于用戶提出的最大允許斷水持續時間或不允許停水檢修時，配水廊道上應設置閘板將配水廊道分段，以滿足檢修要求。

2、進水井

進水井的數量應按用戶提出的允許事故供水流量百分比設計。一般允許事故供水流量百分比要求為70％時，可按三格進水井設計；當允許事故供水流量百分比要求為80％時，一般可按四格進水井設計。將水泵進水井分格的目的，主要考慮進水井及其中的設備可能產生故障，需進泵能利用其剩余供水能行維修和進水井本身定期清洗。

3、水泵進水管

一般情況下，無論水泵采用自灌式或是吸上式進水，水泵的進水都應單獨設置。實踐證明，采用公用進水管，往往造成水泵進水的相互干擾，嚴重時造成水泵無法進水。其主要原因是水泵的吸水能力(允許吸上真空高度)無法克服共同吸水時所增加的流速水頭和與其相應增加的水頭損失。若實際情況要求必須公用進水管時，應適當增大進水管的管徑。

4、水泵機組

泵站可靠性設計的核心部分就是并聯運行的水泵機組的分組數與某單泵失效時其它水泵的補償儲備量的事故校核。水泵分組數是指能采用吸水井和出水聯絡管進行分段隔離的一組水泵。一組水泵的臺數一般為一臺,也可為兩臺,兩臺以上較少使用。水泵的分組數,主要依據允許事故供水流量百分比來確定,確定方法同吸水井分格數。一般情況下,水泵機組數宜與吸水井分格數相等,每組泵的供水能力應盡可能相近或相同,以免其中最大一組泵失效時對供水造成較大影響。水泵站采用分級供水時,應將參與同一級供水的水泵分在不同的組內,從不同的吸水井吸水,以免因該級供水工況時的突發事故造成一組泵不能工作,從而使泵站供水大幅度下降,甚至完全停水。

補償儲備能力的確定應主要依據事故供水流量允許持續時間來確定。若并聯運行的泵站供水系統中某臺機組突然失效,而在供水用戶所允許的事故供水流量持續時間內可啟動備用泵組,則可不考慮水泵的補償儲備能力但如果在供水用戶所允許的事故供水流量持續時間內無法啟動備用泵組、則必須考慮水泵的補償儲備能力,以保證泵站在很短時間內恢復供水能力。一般情況下,水泵補償儲備能力的利用,應配合以變頻調速技術來實現,以免造成正常供水時能量的浪費。一般情況下,對于事故供水流量百分比高于80%且事故供水流量持續時間小于10min的供水系統,均應考慮采用水泵的補償儲備能力以保證供水。

5、出水止回閥與出水控制閥

出水止回閥與出水控制閥是泵站閥門中動作最頻繁的控制設備,無論出水止回閥還是出水控制閥的失效,都將導致所控制的水泵無法正常工作。因此,在考慮泵站可靠性問題時,出水止回閥與出水控制閥的地位與影響等同于水泵機組。出水止回閥的可靠度一般為0.90-0.96，出水控制閥的可靠度一般為0.85-0.95。

五、結語

做好泵站的可靠性設計需要從多方面進行考慮，充分考慮用戶對可靠性的需求，盡力控制停機次數，有效實現高效供水，合理設計泵站的布局結構，選擇有質量保證的設備，這樣才能實現建設高可靠性的泵站。

參考文獻

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