摘 要：在城市泵站设计与管理实践中，给水泵站的优化配置是不可或缺的组成部分，对于提升给水泵站的效率具有决定性的影响。对于城市变频调速给水泵站而言，负荷工况分析及其工况点流量分析是其优化配置的先决条件，在此基础上确定水泵的数量与类型，才能实现优化配置的目的。本文从泵站的工况分析出发，在此基础上建立了城市变频调速泵站的优化配置目标函数模型与数学模型，最后进行了仿真试验，确定了给水泵站优化配置的可行的水泵范围。
关键词：变频调速；给水泵站；工况分析；优化配置
一、工况分析
（一）负荷工况
以城市给水泵站的工作任务及其特点为依据，其建设配置需要满足最恶劣条件下的扬程以及流量。同时，最大限度地降低电耗是城市给水泵站优化配置的主要目的，就要求给水泵站在配置时应以满足城市给水需求为基础，以此使给水泵能够高效运行。基于此，若以QD表示给水泵站的设计流量，最高日给水泵站的给水量与最高级给水百分数分别为Qd与α0，则可利用式①计算最高日给水泵站的平均流量：QD=Qd・α0/3.6，其中3.6为流量量纲的转换系数。同时，若以HD为管网从水泵处获得的扬程，Hst为其所需扬程，管阻系数则用Sf表，则可用式②进行扬程设计：HD=Q2Sf+Hst，并确保给水泵站在处于高效工作状态，避免电耗过大。
（二）工况点流量
本文以工况点流量分析为主要手段，在型号多样的水泵中优选出水泵配置切实可行的方案。如果泵站中某一给水泵在变速条件下，给水泵流量与扬程间的拟合曲线方程为H=f（Q），且用QOB表示某管路曲线工况点B流量，如果满足 ，且 ，也即是确保设计流量与实际流量无太大差异，而且给水泵处于高效运行状态，那么工况点B的流量 ，那么该给水泵则可提供工况点流量，该水泵就是可行泵。若用N与 分别表示这台泵的功率与效率，则有： ， = 。
二、目标函数与数学模型构建
（一）目标函数与约束条件
随着用水量发生变化，管网的压力也会相应产生变化，且与式②中的管网负载特性相符合，设其函数为 ，且在一年之中，给水泵站的用水量是动态变化的，据此，一年中，给水泵站运行分级的流量就从（Qd）1到（Qd）i，（Qd）jd变化，并满足 ，其中， 表示泵站全年给水量，级数用 表示，最大级数为6，且有 ≥ ，为方便计算分析，本文运用最高日用水量的具体变化情况来反映一年中每天给水泵站的工作运行情况，并对当天其工作进行分级，其给水百分数则从α1到αJh变化，且有 ，其中每天的工作分级数为Jh，并有αj+1≥αj，此外，要使优化配置的给水泵站在工作运行时具有较高的经济性，那么就要保障泵站在其运行时间内所耗电最低，以实现生产成本的全面降低，基于此，在给水泵站的优化配置过程中，则可以其全年工作运行中产生的最小总功率为依据进行配置，其目标函数则可表示为 ，其中，di为日分级数Jd的工作天数，Mij为在某一工况下运行水泵的规格数，且 、 、 、 分别为在这一工况之下的第k种规格水泵的扬程、水泵运行数量、功率以及流量。
在给水泵站的优化配置中，水泵的规格数、类型、效率均有限制。本文主要采用水泵的最小与最大规格限制设计，表示为 与 ，且 、 ∈[1，2]，且 。同时尽量确保选用的水泵类型统一，水泵数量采用最少 与最多 限制设计，且水泵运行效率运用流量进行限制。
三、仿真试验分析
在城市变频调速给水泵站的优化设计中，本文在掌握各类水泵资料的基础上，选用其中几类进行Q-H特性曲线拟合，进行仿真试验（仿真数据见表一）并根据构建的数学模型，以n为可行泵数量，并运用额定转速之下的工况点计算水泵流量，获取可行方案，在以构建的目标函数为根据，选择最小总轴功率的方案。在此基础上，结合工况点水泵流量，确定各个水泵是否存在流量点，如果在变速范围内均有工况点流量，那么则选1为其选取标志，如果仅仅在额定的水泵转速之下才有工况流量，则选0.5为其选取标志，选取0.5时则为可行泵1的补充，在水泵运行中，可使其以恒定的速度参与水泵运行。
由表1中数据可看出，型号9与型号10的水泵因其扬程逐步升高，导致其无法完全满足要求，但可通过在仿真水泵数据库中加入高扬程同时满足特定流量的水泵，即可有效解决这一问题。在给水泵站的优化配置中，其关键在于对可行泵的范围加以确定，由于效率不能得到精确值，因而无法运用所构建的目标函数直接确定可行泵的范围以及水泵的轴功率，因此本文运用轴功率拟合算法进行计算，选出最小轴功率的方案为运用5台统一型号的水泵，并实现其并联运行，此时水泵运行率耗电最少，可有效减少耗电成本，能够获得良好的经济性。
综上所述，城市变频调速泵站优化配置过程中，最为关键的就在于确定可行水泵的数量，为此本文通过目标函数模型与数学模型的建立，以泵站全面耗能最低为其目标函数，并通过仿真试验，确定了可行泵范围，利于指导实践中给水泵站的优化配置。