北方某取水工程水錘計(jì)算及水錘防護(hù)建議

1、.：.；北方某取水工程水錘計(jì)算及水錘防護(hù)建議摘要：本文采用 HYPERLINK 計(jì)算機(jī)模擬北方某城市取水工程的停泵水錘任務(wù)情況。并根據(jù)模擬結(jié)果，提出了泵房和輸水管線(xiàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)留意的 HYPERLINK studa 問(wèn)題以及停泵水錘的防護(hù)措施。 關(guān)鍵詞：水錘 HYPERLINK 計(jì)算 水錘防護(hù) 1. 取水工程根本情況北方某市引黃工程取水泵房設(shè)計(jì)建立于黃河岸邊，一期設(shè)計(jì)最大取水流量3.36m3/s兩大一小三臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)。 原水輸水管道總長(zhǎng)度為2731.07m，分別為DN1600鋼管L=640m和球墨鑄鐵管L=2091.07m，起點(diǎn)(吸水井最低水位500.0m)與終點(diǎn)穩(wěn)壓井堰上水位587.3m的最大

2、幾何高差為87.3m。整個(gè)輸水管線(xiàn)縱坡從泵房至水廠呈較為均勻的上升，平均坡度為2.76%，其中在0+640號(hào)和2+140號(hào)樁的縱坡有一定的變化；在平面走向方面，有三個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)，其Gy1、Gy2和Gy3的轉(zhuǎn)機(jī)角度分別為153、118和134。該取水泵房一期設(shè)計(jì)配備四臺(tái)水泵，詳細(xì)參數(shù)如下表所示： 設(shè)備機(jī)組水泵電機(jī)備注型 號(hào)Q(m3/s)H(m)nr/min型號(hào)PKwnr/min大同步S1-500.800C1.2393985TTK1600-616001000一臺(tái)小同步S1-500.800C0.993985TTK1250-612501000一臺(tái)大異步S1-500.800C1.2393985YYK630-

3、616001000一臺(tái)小異步S1-500.800C0.993985YYK630-612501000一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)情況：夏季 2大同1+異1+1小同1，最不利情況冬季 2小同1+異1+1大同12. 主要技術(shù)參數(shù)根據(jù)水泵和電機(jī)制造廠提供的設(shè)備參數(shù)，主要設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下： 設(shè)備機(jī)組水泵及聯(lián)軸器電機(jī)合計(jì)kg.m2型號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.m2)型號(hào)及功率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.m2大同步S1-500.800C145.6TKK1600-6/1180，1600kw195340.6小同步S1-500.800C133.6TkK1250-6/1180，1250kw165298.6大異步S1-500.800C145.6YKK630-

4、6，1600kw157302.6小異步S1-500.800C133.6YKK630-6，1250kw150283.63. 水錘 HYPERLINK 計(jì)算數(shù)學(xué)模型和 HYPERLINK studa/ 方法根據(jù)GB/T-50265-97第9.3條規(guī)定：有能夠發(fā)生水泵危害的泵站均應(yīng)進(jìn)展事故停泵水錘 HYPERLINK 計(jì)算。在初步設(shè)計(jì)階段和施工圖階段，宜采用特征線(xiàn)法或其它精度比較高的 HYPERLINK 計(jì)算 HYPERLINK studa/ 方法進(jìn)展 HYPERLINK 計(jì)算。水錘 HYPERLINK 計(jì)算的特征線(xiàn)法的根本原理就是按照彈性水拄 HYPERLINK job.studa/ 實(shí)際，建立管

5、道瞬變流水錘過(guò)程的運(yùn)動(dòng)方程和延續(xù)方程這兩個(gè)方程是雙曲線(xiàn)族偏微分方程。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化求解，得到水錘 HYPERLINK 計(jì)算最重要的根底方程。這個(gè)方程組的根本意義是管路系統(tǒng)中任何一點(diǎn)的壓力和速度與直接波和反射波的相互作用有關(guān)，而直接波和反射波的傳送在坐標(biāo)軸中的表現(xiàn)方式為射線(xiàn)，即特征線(xiàn)。將上述根底方程經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換成為便于 HYPERLINK 計(jì)算機(jī) HYPERLINK 計(jì)算的的特殊方程就可以經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)模擬各種工況下的水錘情況。4. 水錘模擬計(jì)算結(jié)果4.1 無(wú)閥管路水錘工況4.1.1夏季運(yùn)轉(zhuǎn)兩大一小并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表圖-1、圖-2可以得知：項(xiàng) 目水泵最大升壓值(m)水泵最大降壓值(m)

6、水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(Nn)最大倒流量(m3/s)數(shù) 值114.67-2.9-1.28-2.9對(duì)應(yīng)發(fā)生時(shí)辰(s)18.25.4618.212.744.1.2 冬季運(yùn)轉(zhuǎn)兩小一大并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表圖-3、圖-4可以得知：項(xiàng) 目水泵最大升壓值(m)水泵最大降壓值(m)水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(Nn)最大倒流量(m3/s)數(shù) 值114.66-2.25-1.26-2.65對(duì)應(yīng)發(fā)生時(shí)辰(s)14.565.4616.3812.744.2 普通止回閥管路水錘工況4.2.1 夏季運(yùn)轉(zhuǎn)兩大一小并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表圖-5、圖-6可以得知：項(xiàng) 目水泵出口總管最大升壓值(m)水泵出口總

7、管最大降值(m)水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(Nn)最大倒流量(m3/s)數(shù) 值200.47 /-1.2-1.88對(duì)應(yīng)發(fā)生時(shí)辰(s)11.836.3716.386.37在此管路條件下一旦發(fā)生停泵水錘，水泵出口管道水錘壓力值將到達(dá)200m，為額定揚(yáng)程的2.15倍， 最高水錘值出如今第12s左右，水錘峰值時(shí)間間隔為11s。水泵反轉(zhuǎn)速度小于額定轉(zhuǎn)速，在允許范圍之內(nèi)。在上述情況下，水泵出口管道和泵殼將接受較高的壓力。建議水泵基座、總出水管的鎮(zhèn)墩、閥門(mén)、管道資料和管配件等均應(yīng)按此條件進(jìn)展設(shè)計(jì)和校核。4.2.2 冬季運(yùn)轉(zhuǎn)兩小一大并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表圖-7、圖-8可以得知：項(xiàng) 目水泵出口總管最大升

8、壓值(m)水泵出口總管最大降壓值(m)水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(Nn)最大倒流量(m3/s)數(shù) 值185.0-16.2+0.17-0.48對(duì)應(yīng)發(fā)生時(shí)辰(s)13.2216.845.925.92在此管路條件下一旦發(fā)生停泵水錘，水泵出口管道水錘壓力值將到達(dá)190m，為額定揚(yáng)程的2.04倍。其它情況與夏季運(yùn)轉(zhuǎn)相類(lèi)似。4.3 緩閉止回閥管路水錘工況由于緩閉止回閥的作用，使整個(gè)管路的水錘壓力明顯下降。根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，此輸水管路的較佳關(guān)閥時(shí)間為27s。本計(jì)算中分別給出27s和18s兩種條件下的水錘工況。結(jié)果闡明，假設(shè)緩閉止回閥的封鎖時(shí)間和角度不適當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生較大的水錘壓力。4.3.1 關(guān)閥歷時(shí)27S水錘工

9、況 此關(guān)閥時(shí)間與閥門(mén)相對(duì)開(kāi)啟度見(jiàn)下表：時(shí) 間(s)01.53.04.56.07.59.010.512閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度%100109876543時(shí) 間(s)13.51516.51819.52122.52425.527閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度%21.510.90.80.70.60.40.20.0 從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表圖-9、圖-10可以得知：項(xiàng) 目水泵出口總管最大升壓值(m)水泵出口總管最大降壓值(m)水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(Nn)最大倒流量(m3/s)數(shù) 值151.93-12.6+0.586-1.7對(duì)應(yīng)發(fā)生時(shí)辰(s)15.475.4614.5611.834.3.2 關(guān)閥歷時(shí)18S水錘工況此關(guān)閥時(shí)間與閥門(mén)

10、相對(duì)開(kāi)啟度見(jiàn)下表：時(shí)間(s)01.534.567.5閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度%1003010863時(shí)間(s)910.51213.51516.518閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度%10.90.60.40.20.10.0 從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表圖-11、圖-12可以得知：項(xiàng) 目水泵出口總管最大升壓值(m)水泵出口總管最大降壓值(m)水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(Nn)最大倒流量(m3/s)數(shù) 值174.3-13.84-0.067-1.034對(duì)應(yīng)發(fā)生時(shí)辰(s) 11.835.4614.567.284.4 0+640縱坡變化點(diǎn)發(fā)生彌合水錘按普通止回閥思索的壓力情況此情況是不會(huì)在本管路系統(tǒng)中發(fā)生的，由于在輸水管路中安裝的是緩閉止回閥

11、而不是普通止回閥。按此條件模擬是闡明假設(shè)在此管路中普通止回閥條件下發(fā)生彌合水錘那么水錘壓力值將高達(dá)300m，由此能夠呵斥嚴(yán)重的水錘事故。因此應(yīng)防止出現(xiàn)這種管路情況。4.4.1 夏季運(yùn)轉(zhuǎn)水錘工況從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表圖-13、圖-14可以得知：項(xiàng) 目水泵出口總管最大升壓值(m)最大空穴體積m3數(shù) 值29312.9對(duì)應(yīng)發(fā)生時(shí)辰(s)66.4310.014.4.2 冬季運(yùn)轉(zhuǎn)水錘工況從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表圖-15、圖-16可以得知：項(xiàng) 目水泵出口總管最大升壓值(m)最大空穴體積m3數(shù) 值301.311.05對(duì)應(yīng)發(fā)生時(shí)辰(s)63.79.15.結(jié)論及建議5.1 結(jié)論1 在此特定的

12、輸水系統(tǒng)條件下，泵站和輸水管路的設(shè)計(jì)與運(yùn)轉(zhuǎn)管理對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的平安都是至關(guān)重要的。根據(jù)上述水錘工況的模擬可知，由于此系統(tǒng)的幾何揚(yáng)程較高、管路較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)或管理不當(dāng)能夠?qū)е掳l(fā)生嚴(yán)重的水錘事故。2 本系統(tǒng)的最不利水錘工況是：緩閉止回閥未按設(shè)定方式動(dòng)作，而是類(lèi)似普通止回閥的動(dòng)作，即本文中4.2所模擬的結(jié)果。因此建議整個(gè)系統(tǒng)的平安設(shè)計(jì)應(yīng)按此工況進(jìn)展設(shè)計(jì)和校核，并應(yīng)加強(qiáng)對(duì)緩閉止回閥的保養(yǎng)維護(hù)，使之處于正常任務(wù)形狀。3 建議的停泵水錘最大壓力值為200m水柱，系統(tǒng)中的水泵、閥門(mén)和管路應(yīng)按此進(jìn)展設(shè)計(jì)和校核。5.2 建議：5.2.1泵房1 緩閉止回閥：采用緩閉止回閥，其兩階段封鎖的角度和時(shí)間應(yīng)在本模擬結(jié)果的根底上

13、進(jìn)展實(shí)驗(yàn)探求，以求獲得最正確參數(shù)。2 泵站的供電應(yīng)采用雙回路電源，水泵機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)防止同時(shí)停泵，當(dāng)一路電源發(fā)生缺點(diǎn)時(shí)，另一路電源應(yīng)在盡能夠短的時(shí)間內(nèi)投入供電。這樣可以防止發(fā)生嚴(yán)重的水錘事故。3 建議將水泵泵殼的最大承壓水錘壓力200m和機(jī)組倒轉(zhuǎn)的情況通報(bào)水泵機(jī)組制造商，以征得他們的認(rèn)可。其它管路閥門(mén)和配件也應(yīng)按此條件設(shè)計(jì)制造。5.2.2輸水管路輸水管路的布置根本上是合理的。在0+640和2+140處，可思索適當(dāng)調(diào)整管道埋深，減少縱坡的變化，防止出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，從而減少發(fā)生彌合水錘的時(shí)機(jī)。經(jīng)過(guò)模擬 HYPERLINK 計(jì)算，在0+640處，能夠發(fā)生水拄斷裂，建議在此處建立一座單向調(diào)壓塔，調(diào)壓塔的容積為彌合水錘模擬空穴容積的2倍，即20 m3左右，由于北方處于冰冷地域，此調(diào)壓塔應(yīng)作好防凍處置。為防止水錘對(duì)管路系統(tǒng)的破壞，管道設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)以下 HYPERLINK studa 問(wèn)