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【摘要】泵站是给水系统中的关键组成部分，其可靠性设计是正常给水的重要保障。本文首先给出了其机组可靠运行的度量，并对用户对其的可靠性需求进行分析，同时也指出了在其可靠性设计中的过程中我们应注意的问题。
【关键词】泵站；可靠性设计；注意问题
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
泵站作为给水系统的重要组成部分，其高效可靠的运行是人们维持正常生活的重要保障。为了实现这一目的，我们需要严格设计其可靠性的计算方法，仔细分析用户对泵站的使用需求，控制其停机时间与停机次数，并在设计的过程中格外关注其中的关键性要素，以实现泵站的可靠性设计。
二、水泵机组运行可靠性的度量
所谓可靠性是指产品在规定的时间内 , 在规定的条件下 , 完成规定功能的能力. 当用概率来度量这一“能力”时 , 就是可靠度 , 即可靠度是可靠性的概率度量. 在可靠性的定义中 , 论述的对象泛指产品 , 本文中可靠性问题的对象是指水泵机组. 影响水泵机组运行可靠性的因素主要有 : 一是各设备本身的技术状况 , 包括水泵、动力机、传动装置等 ; 二是水泵与动力机是否合理配套. 根据本文的研究目的 , 这里在各设备本身正常的情况下 (指正常使用时具有良好的工作性能) , 仅从水泵和动力机配套的角度 , 研究水泵机组运行的可靠性. 于是 , 水泵机组运行的可靠度可表达为 :
式中 : Ps 为水泵机组运行的可靠度, N ;为水泵的轴功率, kW, N；为水泵运行中高效区内能最大轴功率, kW; 为传动装置效率; K 为功率备用系数; N配为动力机的功率, kW;
为研究方便,认为动力机一旦选定,其输出功率是确定的,运行中也按确定的值考虑.因此,动力机和传动装置一定时,考虑传动装置损失的功率后,动力机作用在水泵轴上的功率 为确定的值; 而由于水泵运行中受众多因素的影响 , 水泵的轴功率N为随机变量.
式中表明,在各设备本身正常的情况下,水泵运行过程中,时,水泵机组运行处于可靠状态;反之,机组运行处于故障状态.
三、用户对可靠性的要求
1、最大允许断水持续时间
最大允许断水持续时间是指一次停水的最大持续时间。不同的用户所允许的断水持续时间要求不一。对于民用给水排水工程(消防供水要求除外) ,建筑类别与等级的不同 ,最大允许断水持续时间可考虑不同。从一般住宅、高级住宅至一般旅馆、高级饭店 ,最大允许断水持续时间一般宜控制在 24～2 小时不等。对于工业给水排水工程一般最大允许断水持续时间都较短 ,几分至几十分不等 ,甚至要求连续供水。对于最大允许断水持续时间较长的用户 ,系统可考虑采用备用组件在事故停水时更换的方法修复系统 ;而对于最大允许断水持续时间较短的用户 ,一方机可考虑在事故停水期间采用备件替换修复较小的设备和方便替换的系统组件以恢复系统 ,另一方面可考虑手工启动备用系统。对于最大允许断水持续时间要求较短的用户 ,一般可考虑采用快速自动切换备用系统以恢复供水 ,或考虑采用系统储备的调节容积弥补泵站事故停水引起的供水不足。
2、允许累计断水时间与允许断水率
允许累计断水时间是指在统计时间内用户所允许的供水系统断水时间的累加值。允许断水率是指在统计时间内用户所允许的累计断水时间与统计时间的比值。允许累计断水时间与允许断水率可用于衡量用户在较长时间内对供水系统供水可靠性的要求。累计断水时间与断水率在泵站设计时 ,主要应考虑系统的故障可能发生的频率及其持续时间。有时 ,泵站系统设计时 ,可以使系统有较快的恢复能力 ,满足较短的最大允许断水持续时间 ,但由于系统故障频繁造成断水率较高。这种情况的发生 ,也同样影响用户的用水需求。解决这一问题的出发点是考虑采用故障率低的设备。
3、允许事故供水流量百分比
允许事故供水流量百分比是指用户在泵站及其系统发生局部事故情况下 ,要求泵站及其系统运行时 ,所供出的流量占满足用户正常需要时所供出流量的百分比。一般情况下 ,对于城市供水系统 ,允许事故供水流量百分比取 70 %。该指标反映了用户对泵站及其系统事故情况下供水能力的要求。满足事故供水流量百分比要求所采取的措施 ,主要靠设计泵站及其系统以并联工作的供水方式加以解决。
四、泵站可靠性设计应注意的问题
1、配水廊道
配水廊道的主要功能是将来水分配至进水井，对于一般的供水系统，该廊道应满足能向各进水井独立配水的要求，通过闸板或阀门控制各进水井的进入。一般情况下，配水廊道设计可不分段，但当进水井闸板或阀门检修时间大于用户提出的最大允许断水持续时间或不允许停水检修时，配水廊道上应设置闸板将配水廊道分段，以满足检修要求。
2、进水井
进水井的数量应按用户提出的允许事故供水流量百分比设计。一般允许事故供水流量百分比要求为70％时，可按三格进水井设计；当允许事故供水流量百分比要求为80％时，一般可按四格进水井设计。将水泵进水井分格的目的，主要考虑进水井及其中的设备可能产生故障，需进泵能利用其剩余供水能行维修和进水井本身定期清洗。
3、水泵进水管
一般情况下，无论水泵采用自灌式或是吸上式进水，水泵的进水都应单独设置。实践证明，采用公用进水管，往往造成水泵进水的相互干扰，严重时造成水泵无法进水。其主要原因是水泵的吸水能力(允许吸上真空高度)无法克服共同吸水时所增加的流速水头和与其相应增加的水头损失。若实际情况要求必须公用进水管时，应适当增大进水管的管径。
4、水泵机组
泵站可靠性设计的核心部分就是并联运行的水泵机组的分组数与某单泵失效时其它水泵的补偿储备量的事故校核。水泵分组数是指能采用吸水井和出水联络管进行分段隔离的一组水泵。一组水泵的台数一般为一台,也可为两台,两台以上较少使用。水泵的分组数,主要依据允许事故供水流量百分比来确定,确定方法同吸水井分格数。一般情况下,水泵机组数宜与吸水井分格數相等,每组泵的供水能力应尽可能相近或相同,以免其中最大一组泵失效时对供水造成较大影响。水泵站采用分级供水时,应将参与同一级供水的水泵分在不同的组内,从不同的吸水井吸水,以免因该级供水工况时的突发事故造成一组泵不能工作,从而使泵站供水大幅度下降,甚至完全停水。
补偿储备能力的确定应主要依据事故供水流量允许持续时间来确定。若并联运行的泵站供水系统中某台机组突然失效,而在供水用户所允许的事故供水流量持续时间内可启动备用泵组,则可不考虑水泵的补偿储备能力但如果在供水用户所允许的事故供水流量持续时间内无法启动备用泵组、则必须考虑水泵的补偿储备能力,以保证泵站在很短时间内恢复供水能力。一般情况下,水泵补偿储备能力的利用,应配合以变频调速技术来实现,以免造成正常供水时能量的浪费。一般情况下,对于事故供水流量百分比高于80%且事故供水流量持续时间小于10min的供水系统,均应考虑采用水泵的补偿储备能力以保证供水。
5、出水止回阀与出水控制阀
出水止回阀与出水控制阀是泵站阀门中动作最频繁的控制设备,无论出水止回阀还是出水控制阀的失效,都将导致所控制的水泵无法正常工作。因此,在考虑泵站可靠性问题时,出水止回阀与出水控制阀的地位与影响等同于水泵机组。出水止回阀的可靠度一般为0.90-0.96，出水控制阀的可靠度一般为0.85-0.95。
五、结语
做好泵站的可靠性设计需要从多方面进行考虑，充分考虑用户对可靠性的需求，尽力控制停机次数，有效实现高效供水，合理设计泵站的布局结构，选择有质量保证的设备，这样才能实现建设高可靠性的泵站。
参考文献
[1]汪光焘,等.城市供水行业2000年技术进步发展规划[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.[2]张子贤,等.水泵机组运行的可靠度探讨[J].排灌机械,1997,(4).[3]稽光国,吕淑华.液压系统故障诊断与排除[J]北京:海洋出版社,1992.
【关键词】泵站；可靠性设计；注意问题
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
泵站作为给水系统的重要组成部分，其高效可靠的运行是人们维持正常生活的重要保障。为了实现这一目的，我们需要严格设计其可靠性的计算方法，仔细分析用户对泵站的使用需求，控制其停机时间与停机次数，并在设计的过程中格外关注其中的关键性要素，以实现泵站的可靠性设计。
二、水泵机组运行可靠性的度量
所谓可靠性是指产品在规定的时间内 , 在规定的条件下 , 完成规定功能的能力. 当用概率来度量这一“能力”时 , 就是可靠度 , 即可靠度是可靠性的概率度量. 在可靠性的定义中 , 论述的对象泛指产品 , 本文中可靠性问题的对象是指水泵机组. 影响水泵机组运行可靠性的因素主要有 : 一是各设备本身的技术状况 , 包括水泵、动力机、传动装置等 ; 二是水泵与动力机是否合理配套. 根据本文的研究目的 , 这里在各设备本身正常的情况下 (指正常使用时具有良好的工作性能) , 仅从水泵和动力机配套的角度 , 研究水泵机组运行的可靠性. 于是 , 水泵机组运行的可靠度可表达为 :
式中 : Ps 为水泵机组运行的可靠度, N ;为水泵的轴功率, kW, N；为水泵运行中高效区内能最大轴功率, kW; 为传动装置效率; K 为功率备用系数; N配为动力机的功率, kW;
为研究方便,认为动力机一旦选定,其输出功率是确定的,运行中也按确定的值考虑.因此,动力机和传动装置一定时,考虑传动装置损失的功率后,动力机作用在水泵轴上的功率 为确定的值; 而由于水泵运行中受众多因素的影响 , 水泵的轴功率N为随机变量.
式中表明,在各设备本身正常的情况下,水泵运行过程中,时,水泵机组运行处于可靠状态;反之,机组运行处于故障状态.
三、用户对可靠性的要求
1、最大允许断水持续时间
最大允许断水持续时间是指一次停水的最大持续时间。不同的用户所允许的断水持续时间要求不一。对于民用给水排水工程(消防供水要求除外) ,建筑类别与等级的不同 ,最大允许断水持续时间可考虑不同。从一般住宅、高级住宅至一般旅馆、高级饭店 ,最大允许断水持续时间一般宜控制在 24～2 小时不等。对于工业给水排水工程一般最大允许断水持续时间都较短 ,几分至几十分不等 ,甚至要求连续供水。对于最大允许断水持续时间较长的用户 ,系统可考虑采用备用组件在事故停水时更换的方法修复系统 ;而对于最大允许断水持续时间较短的用户 ,一方机可考虑在事故停水期间采用备件替换修复较小的设备和方便替换的系统组件以恢复系统 ,另一方面可考虑手工启动备用系统。对于最大允许断水持续时间要求较短的用户 ,一般可考虑采用快速自动切换备用系统以恢复供水 ,或考虑采用系统储备的调节容积弥补泵站事故停水引起的供水不足。
2、允许累计断水时间与允许断水率
允许累计断水时间是指在统计时间内用户所允许的供水系统断水时间的累加值。允许断水率是指在统计时间内用户所允许的累计断水时间与统计时间的比值。允许累计断水时间与允许断水率可用于衡量用户在较长时间内对供水系统供水可靠性的要求。累计断水时间与断水率在泵站设计时 ,主要应考虑系统的故障可能发生的频率及其持续时间。有时 ,泵站系统设计时 ,可以使系统有较快的恢复能力 ,满足较短的最大允许断水持续时间 ,但由于系统故障频繁造成断水率较高。这种情况的发生 ,也同样影响用户的用水需求。解决这一问题的出发点是考虑采用故障率低的设备。
3、允许事故供水流量百分比
允许事故供水流量百分比是指用户在泵站及其系统发生局部事故情况下 ,要求泵站及其系统运行时 ,所供出的流量占满足用户正常需要时所供出流量的百分比。一般情况下 ,对于城市供水系统 ,允许事故供水流量百分比取 70 %。该指标反映了用户对泵站及其系统事故情况下供水能力的要求。满足事故供水流量百分比要求所采取的措施 ,主要靠设计泵站及其系统以并联工作的供水方式加以解决。
四、泵站可靠性设计应注意的问题
1、配水廊道
配水廊道的主要功能是将来水分配至进水井，对于一般的供水系统，该廊道应满足能向各进水井独立配水的要求，通过闸板或阀门控制各进水井的进入。一般情况下，配水廊道设计可不分段，但当进水井闸板或阀门检修时间大于用户提出的最大允许断水持续时间或不允许停水检修时，配水廊道上应设置闸板将配水廊道分段，以满足检修要求。
2、进水井
进水井的数量应按用户提出的允许事故供水流量百分比设计。一般允许事故供水流量百分比要求为70％时，可按三格进水井设计；当允许事故供水流量百分比要求为80％时，一般可按四格进水井设计。将水泵进水井分格的目的，主要考虑进水井及其中的设备可能产生故障，需进泵能利用其剩余供水能行维修和进水井本身定期清洗。
3、水泵进水管
一般情况下，无论水泵采用自灌式或是吸上式进水，水泵的进水都应单独设置。实践证明，采用公用进水管，往往造成水泵进水的相互干扰，严重时造成水泵无法进水。其主要原因是水泵的吸水能力(允许吸上真空高度)无法克服共同吸水时所增加的流速水头和与其相应增加的水头损失。若实际情况要求必须公用进水管时，应适当增大进水管的管径。
4、水泵机组
泵站可靠性设计的核心部分就是并联运行的水泵机组的分组数与某单泵失效时其它水泵的补偿储备量的事故校核。水泵分组数是指能采用吸水井和出水联络管进行分段隔离的一组水泵。一组水泵的台数一般为一台,也可为两台,两台以上较少使用。水泵的分组数,主要依据允许事故供水流量百分比来确定,确定方法同吸水井分格数。一般情况下,水泵机组数宜与吸水井分格數相等,每组泵的供水能力应尽可能相近或相同,以免其中最大一组泵失效时对供水造成较大影响。水泵站采用分级供水时,应将参与同一级供水的水泵分在不同的组内,从不同的吸水井吸水,以免因该级供水工况时的突发事故造成一组泵不能工作,从而使泵站供水大幅度下降,甚至完全停水。
补偿储备能力的确定应主要依据事故供水流量允许持续时间来确定。若并联运行的泵站供水系统中某台机组突然失效,而在供水用户所允许的事故供水流量持续时间内可启动备用泵组,则可不考虑水泵的补偿储备能力但如果在供水用户所允许的事故供水流量持续时间内无法启动备用泵组、则必须考虑水泵的补偿储备能力,以保证泵站在很短时间内恢复供水能力。一般情况下,水泵补偿储备能力的利用,应配合以变频调速技术来实现,以免造成正常供水时能量的浪费。一般情况下,对于事故供水流量百分比高于80%且事故供水流量持续时间小于10min的供水系统,均应考虑采用水泵的补偿储备能力以保证供水。
5、出水止回阀与出水控制阀
出水止回阀与出水控制阀是泵站阀门中动作最频繁的控制设备,无论出水止回阀还是出水控制阀的失效,都将导致所控制的水泵无法正常工作。因此,在考虑泵站可靠性问题时,出水止回阀与出水控制阀的地位与影响等同于水泵机组。出水止回阀的可靠度一般为0.90-0.96，出水控制阀的可靠度一般为0.85-0.95。
五、结语
做好泵站的可靠性设计需要从多方面进行考虑，充分考虑用户对可靠性的需求，尽力控制停机次数，有效实现高效供水，合理设计泵站的布局结构，选择有质量保证的设备，这样才能实现建设高可靠性的泵站。
参考文献
[1]汪光焘,等.城市供水行业2000年技术进步发展规划[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.[2]张子贤,等.水泵机组运行的可靠度探讨[J].排灌机械,1997,(4).[3]稽光国,吕淑华.液压系统故障诊断与排除[J]北京:海洋出版社,1992.