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文檔簡介

摘要:簡要介紹了停泵水錘的計算依據(jù),并采用計算機軟件模擬實際工程的停泵水錘工作情況。根據(jù)多項工程的實測和計算機模擬結果,提出了泵房和輸水管線設計中應注意的問題以及停泵水錘的防護措施。關鍵詞:停泵水錘計算防護措施停泵水錘是水錘現(xiàn)象中的一種,是指水泵機組因突然斷電或其他原因而造成的開閥狀態(tài)下突然停車時,在水泵及管路系統(tǒng)中,因流速突然變化而引起的一系列急劇的壓力交替升降的水力沖擊現(xiàn)象。一般情況下停泵水錘最為嚴重,其對泵房和管路的安全有極大的威脅,國內(nèi)有幾座水泵房曾發(fā)生停泵水錘而導致泵房淹沒或管路破裂的重大事故。停泵水錘值的大小與泵房中水泵和輸水管路的具體情況有關。在泵房和輸水管路設計時應考慮可能發(fā)生的水錘情況,并采取相應的防范措施避免水錘的發(fā)生,或?qū)⑺N的影響控制在允許范圍內(nèi)。我院在綜合國內(nèi)外關于水錘的最新科研成果并結合多年工程實踐的經(jīng)驗,以特征線法為基礎開發(fā)了水錘計算程序。這一程序可較好地模擬各種工況條件下水泵及輸水管路系統(tǒng)的水錘狀況,為高揚程長距離輸水工程提供設計依據(jù)。1停泵水錘的計算原理停泵水錘的計算有多種方法:圖解法、數(shù)解法和電算法。其基本原理是按照彈性水柱理論,建立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。運動方程式為:連續(xù)方程式為:式中H——管中某點的水頭V——管內(nèi)流速a——水錘波傳播速度x——管路中某點坐標g——重力加速度t——時間f——管路摩阻系數(shù)D——管徑通過簡化求解得到水錘分析計算的最重要的基礎方程:H-H0=F(t-x/a)+F(t+x/a)(3)V-V0=g/a×F(t-x/a)-g/a×F(t+x/a)(4)式中F(t-x/a)——直接波F(t+x/a)——反射波在波動學中,直接波和反射波的傳播在坐標軸(H,V)中的表現(xiàn)形式為射線,即特征線。它表示管路中某兩點處在水錘過程中各自相應時刻的水頭H與流速V之間的相互關系。為了方便計算機的計算,將上述方程組變換為水頭平衡方程和轉(zhuǎn)速改變方程,即成事故停泵時水泵的兩個邊界條件方程式:F1=PM-BQv+Hn(β2+v2)(A0+A1x)-ΔH0v2/(τ2)=0(5)F2=(β2+v2)(B0+B1x)+m0-C3(β0-β)=0(6)式中β——N/Nn(實際轉(zhuǎn)速/額定轉(zhuǎn)速)v——Q/Qn(實際流量/額定流量)通過上述兩式的聯(lián)立,采用牛頓—萊福生迭代公式,可以解出v和β的近似數(shù)值。將水泵的全面性能曲線改造為僅與轉(zhuǎn)速和流速有關的全面性能曲線,以便計算機在解方程時取值,即:WH(x)=h/(β2+v2)(7)WM(x)=m/(β2+v2)(8)式中h——H/Hn(實際揚程/額定揚程)m——M/Mn(實際轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩)現(xiàn)行的水錘計算方法就是基于上述原理。矩2擔幾種邊界條匪件下水錘工況詢的模擬結果逆根據(jù)我國液南方某城市取擦水泵房的水泵誼及輸水管線的圓實際情況,采避用計算機程序領模擬水錘情況怎如下(均按最豐低枯水位計算照):戴基本情況落:姨水泵機組掛:宋Q痰n蘭=5繼000m賓3和/h,H拘n從=住55m即,N弟n序=741r濫/min,N質(zhì)s瓣=132.4責,GD旦2競=岡874.7船kg三.往m燦2獵,游M醋n迅=勾932.72憤kg仆.澆m浸,近期單臺運鋼行,遠期兩臺棵運行所。標牢輸水管線等:悄DN=1收400mm句,L=5逆750m圾,幾何揚程:妥35m盲(近期),城45m端(弊遠竊期勤)榴。餅泵房和輸貫水管線如片圖抗1展所示轉(zhuǎn):京悲2.蔥1村假設為有閥委管路停泵水錘弄愁①才普通止回閥要普通止回邀閥管路停泵水癢錘計算結果如己表華1偵所示。旁表呆1炒普通止回閥童管路停泵水錘會計算結脆果指管運行

用條件娃泵出口處最大

凝壓力侮值曉(辦kPa)臉當加大水泵機菠組轉(zhuǎn)動慣量適席當?shù)?/p>

鍛倍數(shù)時,泵出滴口處最大壓力索值裁(殼kPa)澆兩臺水泵

吸并聯(lián)運行悼1536

任(胖156.7痰m疾)忠830(繪84.68織m匪)并一臺水

菊泵運行妙892

均(鴿91.05擦m巧)斃617(謹63.0m蟲)樂慣表泡1轟中所列數(shù)據(jù)為姻假設水泵出口沒處的流速為零終時閥門即刻關耳閉所產(chǎn)生的水趣錘壓力值。實粉際工況中,閥形門關閉總要一橫段時間,因此庭實際水錘值將度與表中所列數(shù)現(xiàn)據(jù)有出入。根債據(jù)計算機模擬難結果,如果在遭此條件下適當消增加水泵機組很的轉(zhuǎn)動慣量可補以將水錘壓力紀值明顯降低。害秀②企緩閉止回閥絞緩閉止回生閥管路停泵水飾錘計算結果如愛表乓2完所示然。豬舅表臉2賺緩閉止回閥英管路停泵水錘鮮計算結果孟運行

冶條件雖最佳閥門關

悠閉條件下泵

逢出口處最大

須壓力攤值從(聽kPa)脆水泵最大倒

固轉(zhuǎn)速度比

歐(哈β竟/狹β字n準)殖水泵最大

傳倒流量比

和(沃Q/Q劃n升)拋最佳閥門關

西閉組合條件

雄(矩關閥時間和

俱閥門關閉程偶度樓)籠兩臺水泵

如并聯(lián)運行垃867

置(息88.5m后)揀0.06腫-0.23醫(yī)快關壘:請3載s唯,派80%

轉(zhuǎn)慢關根:殘24以s攜,眼20%災一臺水

改泵運行揚655

亭(城66.8m棍)脊0.03脹-0.15井快關唉:召3廁s昨,玻80%

伯慢關索:謝21之s辰,坡20%淘經(jīng)過計算娃機模擬,當關蓄閥時間和快慢悉組合與最佳模捐擬條件不同時蒼,泵前最大壓報力值都將有所慣增加。因此一淹個裝有兩階段擊關閉閥門的輸記水系統(tǒng),其閥纏門的操作過程緞應經(jīng)過計算確禽定,并應在試乞運行中調(diào)整。蜓此種設備定貨黎時應向制造廠皇提出具體的技擾術要求(快、拳慢關閉時間及倚可調(diào)性)。朝刪③低管路發(fā)生斷歌流停泵水錘(謎即彌合水錘)灑此泵房出遵水管在穿越大齒堤處(距泵出踩口排40m總)形成了駝峰暢,經(jīng)計算,此障處將發(fā)生彌合約水錘。實際觀摩測與計算機模悄擬的結果相近原,計算機模擬仍結果如挪表菊3滾所示維。勞芽表弟3杯普通止回閥呈管路發(fā)生彌合片水錘計算結果鹽運行

謹條件杠枯水位時泵

痛出口處最大

欠壓力億值其(撓kPa)討洪水位時泵

腳出口處最大

膏壓力嫁值釀(糧kPa)鴉枯水位駝峰

隊處水錘壓力

豪值職(密kPa)誓洪水位駝峰

拌處水錘壓力

罩值扮(竄kPa)釣兩臺水泵

孔并聯(lián)運行辦1705

異(渾173.95孔m柄)怒1312

秧(址133.85促m墨)湯1695

忙(拔172.97尺m異)冠1302

剃(礦132.85菊m秤)巾一臺水

倒泵運行零1171

問(記119.5莖m肆)園644

扎(川65.7m掙)提1068

顧(畜110.93肝m爛)蕉605

墓(聾61.7m檢)蠢從竄表呆3巖得知,當管路致中發(fā)生斷流的虧停泵水錘(即他彌合水錘)時巨,水錘值很大翻,達到幾何揚亦程皆的續(xù)4議倍以上,必須飯引起高度重視石。尋2.小2建結論性意見樓停泵水錘咳的大小主要與戶泵房的幾何揚噴程有昌關責,中停當幾何揚炒程諷≥妄30m阿,其各種工況清下的最大水錘晃壓力找值借(視H革max引)受與幾何揚蝴程墓(逢H突o豆)分的比值,水泵判最大逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)避速蝶β灣max灣與額定轉(zhuǎn)浮速牌β速n漂的比值分別列貴入指表襯4沉。忌暗表秒4陰幾種管路條科件下停泵水錘狠計算結果比較駝表應水錘邊界

清條件鉗無逆止閥

浩管路戴普通逆

湯止閥獎緩閉逆

命止閥歡普通逆止閥管戒路中

革有彌合水錘發(fā)情生文H仙max蜂/H嘆o祥0.縱9栗~紀1.44確1.9娘1.25警3.榨0詢~轎5.0饒β討max司/真β峽n海-1.25裕豆-0.2拜為了避免方停泵水錘的危清害,可在如下礎方面采取措施調(diào):吊親①虜對于無逆止啦閥的管路系統(tǒng)托這種停泵形水錘的情況并逗不嚴重,最大分的水錘值為幾脊何揚程膚的笛1.4趙0紀倍左右,須注鹽意的是水泵機肌組倒轉(zhuǎn)和水大接量倒流造成的怒損失和危害。親一般情況下,還無逆止閥管路蘭主要應避免水外泵機組的長時恒間過度倒轉(zhuǎn),尸以防水泵軸套汽松脫和機組共嫁振。通過計算奉程序模擬有如暈下規(guī)律:輸水恒距離續(xù)在筐1.腹2鬧~究5良.0km頂范圍,管線愈泡長,停泵水錘疊值愈大,水泵賽機組倒轉(zhuǎn)愈嚴勾重。管線長度菌超過掘5.0km擊,長度繼續(xù)增店加對水錘值影傳響較小。幾何錢揚程增高,最績大水錘值和水北泵機組倒轉(zhuǎn)值槳均有增加,當唐幾何揚程>席50m遲時,水泵機組慧倒轉(zhuǎn)值將持續(xù)塵超過額定正轉(zhuǎn)辭速箭(臨β鮮max何/拳β名n漠≤飯-1.0遼)牙,超過規(guī)范的憲允許范圍。在者這種情況下應戲與水泵制造廠冶聯(lián)系采取相應級的技術措施以稅確保水泵在倒拍轉(zhuǎn)運行工況下塘安全。對于無面逆止閥管路選舍用轉(zhuǎn)霞矩隊(Mn小)慧較小、轉(zhuǎn)動慣襖量孩(鋼GD侮2策)愚較大的水泵機謝組將有利于改駛善停泵水錘發(fā)銜生時的水泵和科管路工況,推換遲水泵的倒轉(zhuǎn)迷,降低倒轉(zhuǎn)值投。芬喇②亭對于裝有普術通止回閥的管陶路系統(tǒng)掃這種停泵鄭水錘的情況較包為嚴重,最大豈的水錘值為幾紙何揚程艷的在1.9蕩0勝倍左右。輸水光距離貨在賴1.迫2渾~瓣5嗎.0km骨范圍政時菌,額管線愈聰長麗,織競停泵水錘值愈眨大。管線長度怨超過疏5.0km槍,長度繼續(xù)增身加對上述參數(shù)羨影響較小紐。幾何揚程增柴高,停泵水錘個值也愈大。對漆于取水泵房,輸若條件許可(漠輸水管路較短榨,水泵允許短煙時間倒轉(zhuǎn)),寄可取消普通逆愿止閥。如果采城用了普通逆止煮閥,則水泵機魂組、管路配件顫和管路系統(tǒng)的壞耐壓等級和穩(wěn)黑定性均應考慮鑼最大水錘壓力晌值。疾撞③戀對于裝有緩廟閉逆止閥的管你路系統(tǒng)快緩閉逆止低閥對于降低停兼泵水錘有明顯扯效果。緩閉逆企止閥的使用應泥結合具體情況坦,快慢兩個階未段的關閥歷時踏應根據(jù)泵房水石泵性能和輸水濃管路的邊界條輕件進行烤計算機肢模擬,得出最浩佳的理論時間捐組合,并在試唐驗運行中調(diào)整年,以期獲得最份佳關閥歷時和武快慢兩個階段墾的關閥歷時的認分配。如果關斷閥時間長于或荷短于最佳關閥府歷時或快慢兩閑個階段的關閥協(xié)歷時采用不當拖,均會導致產(chǎn)夏生很大的水錘敢壓力值。計算才機模擬結果表目明:調(diào)整理想朝的緩閉逆止閥縣管路的停泵水夜錘值可控制為配幾何揚程趙的恒1.4甘5稀倍左右,而非巧理想狀況下的鴉緩閉逆止閥管貸路的最大停泵狠水錘值可達幾練何揚程狐的復2.旗5媽~軍2.飼8槽倍。此外,快梨慢兩個階段的爭關閥歷時的選劍用也是很有講培究的,一般要瑞求停泵禾后慣5勵s坑內(nèi)應關閉閥門膚的濁80荒%校以上。若整個遵關閥歷程是勻勤速的也會導致師產(chǎn)生較大的水拐錘壓力,模擬鼓結果如斑表瓦5蘭。跨單表晴5栗緩閉逆止閥撓模擬結果因關閥歷時

低及快慢時

惰間分配繞模擬最佳

早關閥歷時

煎及快慢時

禍間分配澡其他關閥歷時租及快慢時間分秒配情況墓1金2忍3障4扒關閥歷叨時饞(躲s)接18杏18蘿24那9侮18毒快關時間

攝(呢關架閉熄80競%法,喝s)追3但均勻關閉賠3寇3月6律慢關時間

命(承關閉剩余

蒸的薦20蔥%止,瘋s)斜15貓21蜓6鈴12譽最大停泵水

偵錘帆值已(堪kPa)綠900

旁(鏟91.8m給)下1315

遠(釘134.2到m轉(zhuǎn))考1726

昌(冠176.1騎m協(xié))文1324

忍(寒135.1丟m待)篩1063

返(例108.5兩m沉)曉基本參數(shù):幾刊何揚程雀62m態(tài),三臺水泵并悲聯(lián)工作,輸水撥管路褲1.3km預,管徑業(yè)1.0m顫。廉滿④自普通逆止閥宇管路中有彌合掛水錘發(fā)生溉在輸水管倍路布線時應盡貼量避免縱坡的丟突然變遷化碰,禁特別要防止出稿現(xiàn)貫“所駝峰或膝燦部頌”勤,否則可能導窗致發(fā)生彌合水傷錘,而彌合水姑錘的最大壓力血值為幾何揚程煤的塑3嶄~扣5溫餓倍,其對泵房娛和輸水管路系究統(tǒng)將產(chǎn)生極大酷的危害。一般筑情況下,駝峰外出現(xiàn)處的高程田為幾何揚程罪的滅30愉%也~仙80田%袍時最為不利(序水錘值最大)拉。根據(jù)模擬運葡算,當幾何揚表程在財25m騎以上且管路中匪一定的高程位蟲置存將在際“控駝峰或膝眨部春”檔,其最大彌合裁水錘值將超醒過士980kP巡a(煉100m磁水沙柱趁)螞。對于彌合水辣錘不可避免的閉情況(已經(jīng)建皮成的輸水系統(tǒng)假中存在駝峰)虧,則應采取工類程技術措施進喝行水錘防護疑。客家3構停泵水錘防俘護措施抱由于停泵畢水錘可能導致辜泵站和輸水系擦統(tǒng)發(fā)生嚴重事溉故(如泵房內(nèi)陣設備或管道破很裂導致泵房淹項沒,輸水管破野裂導致沿途房錄屋漬水),因豪此有必要根據(jù)燥具體情況采取音相應的措施來魔消除停泵水錘雁或消減水錘壓屋力。臭孩①剛降低輸水管夢線的流速,可脆在一定程度上己降低水錘壓力儉,但會增大輸臥水管管徑,增宗加工程炕投資趟。扇增②黨輸水管線布孔置時應考慮盡厚量避免出現(xiàn)駝成峰或坡度劇變困。菌屈③啞通過模擬計結算,選用轉(zhuǎn)動成慣蜘量榨GD決2蹲較大的水泵機嚷組或加裝有足寨夠慣性的飛輪畏,可在一定程其度上降低水錘什值。雞許④三設置水錘消催除裝置膠塔萍a之.耗雙向調(diào)壓塔針:在泵站附近竊或管道的適當器位置修建,雙動向調(diào)壓塔的水建面高度應高于俯輸水管道終點襲接收水池的水話面高度并考慮睛沿管道的水頭耐損失。調(diào)壓塔瑞將隨著管路中毛的壓力變化向甩管道補水或泄剪掉管路中的過臭高壓力,從而掛有效地避免或棋降低水錘壓力樹。這種方式工拐作安全可靠,車但其應用受到幻泵站壓力和周顧邊地

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