修正水泵流量的分析方法与优化

由于GM3，SM1，SM2前池的进口没有流量测量，因此将使用前池水位的变化来计算泵站的进出水流量的差值。

泵站的流量不平衡将引起前池水位的变化，如果不改变水泵转速，水位变化还将影响水泵的抽水流量，这是由于水头发生了改变。上升的水位将使水头下降，从而引起抽水流量减小。

前池流量的不平衡意味着在一定时间内将有一定量的水增加到前池或从前池抽走，从而引起前池水位的改变。前池水位的变化量取决于受水量变化影响的表面积。仿真研究表明：对所有流量值，这不是一个统一的量。

对于较低的流量，回水的水平表面和进水明流的坡度之间的区别已进行了很好的定义，图5-21清楚地给出了回水区的范围。图5-22示出GM3前池水位接近设计水位（1218.7m）时的仿真结果。

图5-21　低流量时的回水

图5-22　GM3在流量为7m3/s的回水

对于较大的流量，水在接近前池的水平表面和进水明流斜坡之间的转换要平滑得多，是沿着回水曲线的。图5-23表示出该影响，图5-24表示GM3前池水位接近设计水位（1218.7m）时的情况。

由于对不同的流量，水面轮廓是不同的，要分析评价受流量不平衡影响的表面积是非常困难的。但是，通过对水流仿真结果的分析，发现了水位的变化ΔH和储存在前池和临近隧道内的水量的变化ΔV之间的关系。

图5-25～图5-28表示出被仿真的GM3泵站运行的三个区域（标为1，2，3），泵站的进水流量和出水流量是稳定的，但是前池水位在上升或下降。这种变化是由于进水流量和出水流量之间的微小差别引起的，图5-26、图5-27表示出了区域1和区域2的详情，在这两个区域前池水位变化对抽水流量的影响是可以看出来的。

图5-23　较高流量下的回水

图5-24　GM3在流量为22m3/s时的回水

图5-24中关于稳定流量区域的数字数据被集中在表5-4中，仿真过程中以15min的时间间隔记录了3次采样。

第二组采样是从图5-24中示出的高流量区域2的附近采集的，见表5-5所示。

表5-5中采集的数据没有显示出高流量和低流量之间ΔV/ΔH比值。由输水线路水力模型计算的水位精度大约是2cm，对于模拟输水线路，这个精度是完全足够了，上面表格的数据就是来自于这个水力模型。但是，这个精度还不足以可靠地计算ΔV/ΔH比值，该比值与ΔH成反比，因此，此比值对水位的精度是非常敏感的，该水力模型水位计算的精度意味着上述比值误差可能高达50%。

图5-25　在均衡的不平衡流量下，GM3前池水位的变化（区域1，2，3）

图5-26　GM3前池水位变化的详图（图5-25　中的区域1）

图5-27　GM3前池水位变化的详图（图5-2　5中区域2）(www.xing528.com)

图5-28　GM3前池流量—水位关系曲线（图5-2　5中的区域A）

表5-4　15min采样周期内对流量进行积分得到水量的变化（在采样周期内为近似线性）

表5-5　高流量区域的采集值

该比值也采用与其他几个仿真区域相似的设置值：

水位范围：1218.5～1219.0m；

稳定的流量差小于1.0m3/s；

线性水位移动；

接近恒定的进水和出水流量。

对于所有流量，计算而得的该比值在22000～29000之间变动，没有任何明显区别。由于水力模型的计算必须认为与它是一致的，因此比值计算可以被认为表达了该比值的数值。这种分析的一个重要结果不是该比值的数值，而是表达了高流量和低流量之间的相互关系。该比值采用的初始值对所有流量都是相同的，等于25000，该初始值是用来调节设计水位附近的窄带内来的流量。前池流量—水位的关系曲线见图5-29。

在调试期间可能会发现R比值会随流量的不同而不同，因此将采用一个对照表来实施，表中列出所选的不同流量对应的该比值，对于其他未选择的流量对应的比值，可以通过插值法从表中的数据中求得。初期的ΔV/ΔH对照表如表5-6所示。

使用估算的不平衡流量值，驱动水泵转速以改变泵站的流量，通过这种方式来进行水泵转速的修正。不平衡流量的值是利用表5-4的数据，根据下列公式计算出来的：

图5-29　GM3前池流量—水位的关系曲线

表5-6　前池水量和水位变化的比值

ΔQ=R·ΔH/Δt

式中 ΔQ——要求的出水流量修正值，m3/s；

R——用插值法求得的比值（当前的出水流量在表中作为对应流量，在测量间隔时锁定），m2；

ΔH——前池水位变化，m；

Δt——时间周期，在此时间内测量水位的变化，s。