经济新常态下如何优化水泵的设计与选型

梁学和

（重庆同望水利水电工程设计有限公司 重庆渝北 401120）

经济新常态下如何优化水泵的设计与选型

梁学和

（重庆同望水利水电工程设计有限公司 重庆渝北 401120）

在整个泵站运行当中，大部分的电量都被水泵消耗了。因此水泵的型号选择得是否合理，对于整个泵站的资本投入都有很大的影响。在现在经济新厂态下，经济上要转型，优化水泵的设计与选型的方法也要与时俱进，进行更好的设计。

经济新常态；优化；水泵设计；选型

前言

随着中国经济的发展，中国的经济到了一个新的阶段，也就是转型进入经济新常态。经济性常态，也就是经济更加地良性发展。在经济新常态下，如何优化水泵的设计与选型，从可持续发展的角度进行进步，是一个很值得思考的问题。

1 水泵优化的原则

1.1 水泵优化原则跟关键因素

泵站中功能的实现，水泵是其中最为重要的一环。因此，水泵能否进行良好地运转，是泵站功能实现的关键。对于水泵的选择，一般遵循以下的原则：①水泵的选择能够满足泵站进行排水或者提水的需求。②选择的水泵的运转能够长期高效进行，以便于管理过程中经济投入能够减少。③对于水泵的选择，应当考虑最优经济投入。在水泵数量以及种类型的选择上，最好能够体现出经济最优性。④水泵的日常工作过程中，要方便管理人员进行相应地管理与维护。⑤对于分级进行提水的水泵站，对于上级的水泵以及下级的水泵，其抽取的水量应当是能够相互适应的，流量的多少要配合得当，不能出现水的流量不相配的情况。

影响水泵选型的主要因素有：①水泵台数。在泵站的设计流量一定的前提下，水泵数量越多，单泵设计流量越小，供水的保障系数越高，反之，水泵的数量越少，单体水泵的流量就越大，供水的保障系数就越低；②水泵种类。叶片泵是较常用的水泵类型，这种水泵又可分为轴流泵、混流泵和离心泵3种，其中，离心泵适用于高扬程的泵站，轴流泵和混流泵一般用于低扬程的泵站；③水泵装置。在水泵的装置形式中，对水泵的造型有较大影响的，主要为低扬程的装置形式。目前，低扬程类水泵主要有卧式、斜式和立式3种[3]。

1.2 水泵选型常用方法

一般来讲，水泵的造型，主要依据泵站的净扬程需要，综合考虑泵站局部和沿程的损失后，对需要的扬程进行确定，再按照泵站的设计流量、所需扬程来选取符合要求的水泵。这种方法在等流量基础上通过加大扬程来确定水泵选型，其缺点是没有考虑到水泵在设计扬程下的效率。运用这种方法进行水泵造型时，水泵实际的运行区间与消耗高效区有所偏离，尤其是轴流水泵，这种偏离数值较大，其带来的后果是导致泵站的工作效率降低，恶化了汽蚀性能；在高扬程泵站中，因水力管路损失较小，偏离值不大，再加上高扬程水泵高效区幅值较宽，运用这种方法较为适宜。在离心泵的选型中，同时运用加大流量和扬程方法更符合工程实际需要。另外常用的选型方法还有：①按照设计年的扬程和流量选泵；②按中等年份的流量扬程选泵[2]；③按设计流量和节能要求选型等方法，但以上方法均存在较大的局限性，计算精度较低，灵活性较差。

2 水泵选型的新方法

2.1 函数方法

（1）对于泵站的主要技术特征，往往用的衡量方法是前期工程进行建设的时候所投入的资金，以及在建设完成后为了运行正常所投入的费用。这其中涉及到了每年的费用支出以及用水的成本等。所以在优化问题的时候，可以把每年的费用或者水费的原材料价作为最小的目标函数。但在实际操作中，这些并不是能够轻易算出来的，因为在建设的初期，强行进行计算是不太现实的，有可能中途会出现各种问题。而作出的一个解决办法就是可以把装机容量最小来作为目标函数，所以在一开始的设计中，把装机容量作为目标函数是比较普遍的，其目标函数可用下式表示：

minN=800x1+3000x2+5000x

（2）约束条件

①实际情况中，水泵的数量不可能为零，若是为零，则表示并不会选择这种水泵，而且水泵只能为正数或者为零，负数是不会出现的，因此水泵的约束条件中的参数都只能是大于或者等于零。

②有可能会出现水泵的数量并不是正数的情况，也就是会出现小数，但是这种情况在现实当中也不可能出现，所以选择的参数也不可以出现小数的形式，必须要是非负整数。

③根据泵站必须满足设计流量的要求还可以得出8x1+30x2+60x3=150的等式约束条件。但是，对于跨越不同区域的调水，或者灌溉用的多级提水泵站，水的流量可以出现细微的不同。水的流量太大或者太小，都不会满足生产生活的需要，还会造成浪费的情况发生。

（3）用非整数约束求解线性规划问题不考虑约束条件。这当然就是一般的线性规划问题，可以用单纯形法求出最优解。

2.2 软件计算

优化选型软件：

此类软件常用的有离心泵选型软件，此软件的原理和泵站工程为综合性的系统工程，包括传动装置、电动机、水泵机组、输水管道、进出水池等。为了能够使得系统在运行过程中，运行情况能够最佳，需要综合来进行考虑，不能够放弃把握主体。在软件设计中，可以将泵站结构工程作为整体的有机系统进行优化。把泵站抽水系统作为研究的对象，综合考虑到进出水池效率、管路效率、机组效率、传动设备效率、电动机效率等各方面因素对系统的影响，将泵站供水系统的最高效率作为目标函数，实现对水泵的优化造型，达到节约能耗和提高效率的目的。水泵优化选型中水泵台数的确定与一般的优化问题有明显区别，即水泵台数必须是正整数，故本软件采用了整数规划中的分枝定界法作为计算方法，分枝定界法是一种隐枚举法或部分枚举法。即在符合条件的所有整数解找到目标函数的最小值和最大值。离心泵造型软件主要有2个模型，即：功率最小模型和效率最高模型，每个模型中，都包括3个模块，即：优化选型评价模块、选型结果及参数查询模块和参数设置模块。

2.2.1 软件系统开发语言及数据库

选用Visual Basic 6.0作为开发语言。软件以目前市场上常见的离心泵种类为基础建立离泵数据库，在该数据库中，收录了单级单吸离心泵、双吸离心泵及立式离心泵3种北方地区比较常用的离心泵，数据库中共包括805种不同型号的离心泵，2149组离心泵主要设计参数，包括：水泵型号、扬程H、流量Q、转速n、轴功率P1、配套功率P0、效率E、汽蚀余量NPSH、允许吸上真空高度hs、叶轮外径D2。为离心泵优化选型提供了重要数据基础。

2.2.2 离心泵优化选型软件功能

（1）选型参数设置模块。该系统在满足泵站设计扬程的前提下，以最大、最小流量为约束条件，从数据库中初步选取合适的泵型，然后综合考虑管径、管材、出水管道倾斜角、管路阻力系数等因素的影响，设置参数变量循环，从初选水泵中选取系统效率最高的水泵。

（2）选型结果显示模块。该模块主要包括选型结果参数查询窗体和性能曲线显示窗体，系统不但可以显示所选水泵的型号和台数，而且可以显示水泵的主要设计参数和性能曲线，其中性能曲线以水泵厂家提供的3组设计参数为依据，另外再取2个特殊点，通过最小二乘法进行3次曲线拟合，得出所选水泵的性能曲线，即显示水泵的设计高效区范围。

（3）选型结果评价模块。该模块以国家规定（离心泵泵站的系统效率应不低于54.4％）为标准，判断泵站系统的运行效率是否满足规范要求，同时以水泵的设计参数为依据，判断水泵是否在高效区运行。

（4）该软件还具有存储和打印功能，即可以将所选水泵的型号、主要参数及性能曲线进行专门存储，也可以直接打印出来，以方便工程设计者或工程运行管理人员使用。

3 结语

唯有与时俱进，在经济新常态下发挥好进取精神，才能够优化水泵设计跟选型，达到合理经济的目的。

[1]蒋任飞，白丹，唐莲，刘振中.遗传算法在水泵优化选型中的应用[J].中国农村水利水电，2003（10）.

[2]丁凯，李纪伟，柳兵，孙东玲，冯林平.基于流量分析的住宅类水泵优化选型研究[J].给水排水，2014（07）.

[3]汪安南，丘传忻.水泵优化选型的整数规划法[J].中国农村农田水利与小水电，1991（12）.

[4]白咏梅，叶晓红.浅议水泵优化选型的整数规划法[J].水利科技与经济，2010（01）.

[5]谭 旭，尹华英.浅谈水泵优化选型软件开发[J].科技信息，2012（26）.

TV675

A

1004-7344（2016）23-0130-02

2016-7-27

梁学和（1985-），男，助理工程师，大学本科，主要从事水文水资源、水力机械设计方面工作。