取水工程水錘計算及水錘防護建議

1、15/15北方某取水工程水錘計算及水錘防護建議摘要：本文采納 HYPERLINK /pc/ 計算機模擬北方某都市取水工程的停泵水錘工作情況。并依照模擬結(jié)果，提出了泵房和輸水管線設(shè)計中應(yīng)注意的 HYPERLINK 問題以及停泵水錘的防護措施。 關(guān)鍵詞：水錘 HYPERLINK /pc/ 計算 水錘防護 1. 取水工程差不多情況北方某市引黃工程取水泵房設(shè)計建設(shè)于黃河岸邊，一期設(shè)計最大取水流量3.36m3/s（兩大一小三臺水泵并聯(lián)運行）。 原水輸水管道總長度為2731.07m，分不為DN1600鋼管（L=640m）和球墨鑄鐵管（L=2091.07m），起點(吸水井最低水位500.0m)與終點（穩(wěn)壓井

2、堰上水位587.3m）的最大幾何高差為87.3m。整個輸水管線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號和2+140號樁的縱坡有一定的變化；在平面走向方面，有三個轉(zhuǎn)折點，其Gy1、Gy2和Gy3的轉(zhuǎn)折角度分不為153、118和134。該取水泵房（一期）設(shè)計配備四臺水泵，具體參數(shù)如下表所示： 設(shè)備機組水泵電機備注型 號Q(m3/s)H(m)n（r/min）型號P（Kw）n（r/min）大同步S1-500.800C1.2393985TTK1600-616001000一臺小同步S1-500.800C0.993985TTK1250-612501000一臺大異步S1-50

3、0.800C1.2393985YYK630-616001000一臺小異步S1-500.800C0.993985YYK630-612501000一臺運行狀況：夏季 2大（同1+異1）+1?。ㄍ?），最不利情況冬季 2?。ㄍ?+異1）+1大（同1）2. 要緊技術(shù)參數(shù)依照水泵和電機制造廠提供的設(shè)備參數(shù)，要緊設(shè)備的轉(zhuǎn)動慣量如下： 設(shè)備機組水泵及聯(lián)軸器電機合計（kg.m2）型號轉(zhuǎn)動慣量(kg.m2)型號及功率轉(zhuǎn)動慣量（kg.m2）大同步S1-500.800C145.6TKK1600-6/1180，1600kw195340.6小同步S1-500.800C133.6TkK1250-6/1180，1250kw

4、165298.6大異步S1-500.800C145.6YKK630-6，1600kw157302.6小異步S1-500.800C133.6YKK630-6，1250kw150283.63. 水錘 HYPERLINK /pc/ 計算數(shù)學(xué)模型和 HYPERLINK / 方法依照GB/T-50265-97泵站設(shè)計規(guī)范第9.3條規(guī)定：有可能發(fā)生水泵危害的泵站均應(yīng)進行事故停泵水錘 HYPERLINK /pc/ 計算。在初步設(shè)計時期和施工圖時期，宜采納特征線法或其它精度比較高的 HYPERLINK /pc/ 計算 HYPERLINK / 方法進行 HYPERLINK /pc/ 計算。水錘 HYPERLIN

5、K /pc/ 計算的特征線法的差不多原理確實是按照彈性水拄 HYPERLINK / 理論，建立管道瞬變流（水錘）過程的運動方程和連續(xù)方程（這兩個方程是雙曲線族偏微分方程）。通過簡化求解，得到水錘 HYPERLINK /pc/ 計算最重要的基礎(chǔ)方程。那個方程組的差不多意義是管路系統(tǒng)中任何一點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遞在坐標(biāo)軸中的表現(xiàn)形式為射線，即特征線。將上述基礎(chǔ)方程通過轉(zhuǎn)換成為便于 HYPERLINK /pc/ 計算機 HYPERLINK /pc/ 計算的的專門方程就能夠通過計算機模擬各種工況下的水錘情況。4. 水錘模擬計算結(jié)果4.1 無閥管路水錘工況4

6、.1.1夏季運行（兩大一小并聯(lián)運行）從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表（圖-1、圖-2）能夠得知：項 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114.67-2.9-1.28-2.9對應(yīng)發(fā)生時刻(s)18.25.4618.212.744.1.2 冬季運行（兩小一大并聯(lián)運行）從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表（圖-3、圖-4）能夠得知：項 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對應(yīng)發(fā)生時刻(s)14.565.4616.3812.744.2 一般止回

7、閥管路水錘工況4.2.1 夏季運行（兩大一小并聯(lián)運行）從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表（圖-5、圖-6）能夠得知：項 目水泵出口總管最大升壓值(m)水泵出口總管最大降值(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對應(yīng)發(fā)生時刻(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達到200m，為額定揚程的2.15倍， 最高水錘值出現(xiàn)在第12s左右，水錘峰值時刻間隔為11s。水泵反轉(zhuǎn)速度小于額定轉(zhuǎn)速，在同意范圍之內(nèi)。在上述情況下，水泵出口管道和泵殼將承受較高的壓力。建議水泵基座、總出水管的鎮(zhèn)墩、閥門、管道

8、材料和管配件等均應(yīng)按此條件進行設(shè)計和校核。4.2.2 冬季運行（兩小一大并聯(lián)運行）從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表（圖-7、圖-8）能夠得知：項 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185.0-16.2+0.17-0.48對應(yīng)發(fā)生時刻(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達到190m，為額定揚程的2.04倍。其它情況與夏季運行相類似。4.3 緩閉止回閥管路水錘工況由于緩閉止回閥的作用，使整個管路的水錘壓力明顯下降。依照計算機模擬結(jié)果，此輸水管路的較佳關(guān)閥時刻為

9、27s。本計算中分不給出27s和18s兩種條件下的水錘工況。結(jié)果表明，假如緩閉止回閥的關(guān)閉時刻和角度不適當(dāng)，也會導(dǎo)致產(chǎn)生較大的水錘壓力。4.3.1 關(guān)閥歷時27S水錘工況 此關(guān)閥時刻與閥門相對開啟度見下表：時 間(s)01.53.04.56.07.59.010.512閥門相對開度（%）100109876543時 間(s)13.51516.51819.52122.52425.527閥門相對開度（%）21.50.0 從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表（圖-9、圖-10）能夠得知：項 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

10、.93-12.6+0.586-1.7對應(yīng)發(fā)生時刻(s)15.475.4614.5611.834.3.2 關(guān)閥歷時18S水錘工況此關(guān)閥時刻與閥門相對開啟度見下表：時刻(s)01.534.567.5閥門相對開度（%）1003010863時刻(s)910.51213.51516.518閥門相對開度（%） 從表示水錘壓力和水泵工況的兩份圖表（圖-11、圖-12）能夠得知：項 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對應(yīng)發(fā)生時刻(s) 11.835.4614.567.284.4 0+640

11、縱坡變化點發(fā)生彌合水錘（按一般止回閥考慮）的壓力情況此情況是可不能在本管路系統(tǒng)中發(fā)生的，因為在輸水管路中安裝的是緩閉止回閥而不是一般止回閥。按此條件模擬是講明假如在此管路中（一般止回閥條件下）發(fā)生彌合水錘則水錘壓力值將高達300m，由此可能造成嚴(yán)峻的水錘事故。因此應(yīng)幸免出現(xiàn)這種管路情況。4.4.1 夏季運行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）能夠得知：項 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對應(yīng)發(fā)生時刻(s)66.4310.014.4.2 冬季運行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）能夠得知：項 目水泵出

12、口總管最大升壓值(m)最大空穴體積（m3）數(shù) 值301.311.05對應(yīng)發(fā)生時刻(s)63.79.15.結(jié)論及建議5.1 結(jié)論1） 在此特定的輸水系統(tǒng)條件下，泵站和輸水管路的設(shè)計與運行治理關(guān)于整個系統(tǒng)的安全差不多上至關(guān)重要的。依照上述水錘工況的模擬可知，由于此系統(tǒng)的幾何揚程較高、管路較長，設(shè)計或治理不當(dāng)可能導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)峻的水錘事故。2） 本系統(tǒng)的最不利水錘工況是：緩閉止回閥未按設(shè)定方式動作，而是類似一般止回閥的動作，即本文中4.2所模擬的結(jié)果。因此建議整個系統(tǒng)的安全設(shè)計應(yīng)按此工況進行設(shè)計和校核，并應(yīng)加強對緩閉止回閥的保養(yǎng)維護，使之處于正常工作狀態(tài)。3） 建議的停泵水錘最大壓力值為200m水柱，系

13、統(tǒng)中的水泵、閥門和管路應(yīng)按此進行設(shè)計和校核。5.2 建議：5.2.1泵房1） 緩閉止回閥：采納緩閉止回閥，其兩時期關(guān)閉的角度和時刻應(yīng)在本模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上進行試驗摸索，以求獲得最佳參數(shù)。2） 泵站的供電應(yīng)采納雙回路電源，水泵機組的運行應(yīng)幸免同時停泵，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時，另一路電源應(yīng)在盡可能短的時刻內(nèi)投入供電。如此能夠幸免發(fā)生嚴(yán)峻的水錘事故。3） 建議將水泵泵殼的最大承壓水錘壓力200m和機組倒轉(zhuǎn)的情況通報水泵機組制造商，以征得他們的認(rèn)可。其它管路閥門和配件也應(yīng)按此條件設(shè)計制造。5.2.2輸水管路輸水管路的布置差不多上是合理的。在0+640和2+140處，可考慮適當(dāng)調(diào)整管道埋深，減少縱坡的變化，幸免出現(xiàn)明顯的拐點，從而減少發(fā)生彌合水錘的機會。通過模擬 HYPERLINK /pc/ 計算，在0+640處，可能發(fā)生水拄斷裂，建議在此處建設(shè)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，由于北方處于嚴(yán)寒地區(qū)，此調(diào)壓塔應(yīng)作好防凍處理。為防止水錘對管路系統(tǒng)的破壞，管道設(shè)計中應(yīng)對以下 HYPERLINK 問題予以關(guān)注鎮(zhèn)墩（水