閥門(mén)小開(kāi)度停泵方式防止水錘的實(shí)踐總結

　　以紹興市小舜江輸水工程為例,從水力振動(dòng)和防止水錘兩方面進(jìn)行考慮,研究了小開(kāi)度停泵方式閥門(mén)最佳角度選擇,最終選擇符合實(shí)際的關(guān)閥角度。

1、工程概況

　　紹興市小舜江輸水工程由取水隧洞、提水泵站、出水隧洞、達郭調節水庫和輸水隧洞等幾部分組成，利用夜間低谷電能從湯浦水庫提水到調節水庫———達郭水庫，經(jīng)調蓄后，全天候連續向凈水廠(chǎng)提供原水。出水隧洞縱剖面參見(jiàn)圖1，出水隧洞出口位于達郭水庫，泵站共有4臺機組，其技術(shù)參數如下：水泵型號：YJG48-20I，設計揚程Hr：52.7m(1#、2#水泵、)、57.2m(3#水泵)、49.7m(4#水泵)，設計流量Qr：5.0m3/s(1#、2#、4#水泵)，5.3m3/s(3#水泵)，額定轉速Nr：500r/min，電機功率Pr：3500kW，水泵轉矩：Mn=5645kgf·m(1kgf=9.8N)，轉動(dòng)慣量：GD2=3817kgf·m2。2用2備，并聯(lián)運行時(shí)管道阻力參數K=0.0236s2/m5。最大幾何揚程58m，此時(shí)泵的工作揚程為61m。

圖1 出水隧洞縱剖面(單位：m)

　　此類(lèi)高揚程抽水泵站事故停泵時(shí)易發(fā)生水錘，現階段最有效的解決辦法是采用二階段液控緩閉蝶閥降低水錘正壓，防止水泵倒轉。但往往會(huì )引起慢關(guān)(小角度)時(shí)間相對較長(cháng)、泵及閥門(mén)的劇烈水力振動(dòng)。本工程不應忽略停機及關(guān)閥過(guò)程中劇烈的水力振動(dòng)，閥門(mén)開(kāi)度選擇特別重要，過(guò)小沒(méi)有解決水力振動(dòng)，過(guò)大易引起水泵倒轉，影響泵的使用壽命，因此應該綜合考慮水力振動(dòng)與水錘的因素。

2、水力振動(dòng)

　　水泵機組及閥門(mén)的振動(dòng)情況見(jiàn)表1，出口閥θ-ξ(開(kāi)度-水頭損失系數)關(guān)系見(jiàn)表2。

表1 實(shí)測振動(dòng)值情況分析

表2 出口閥θ-ξ關(guān)系

　　閥門(mén)90°為全開(kāi)狀態(tài)，水泵機組最大允許振動(dòng)值≤0.045mm。以上數據表明10°以下振動(dòng)明顯加強，開(kāi)度越小，振動(dòng)值增加越明顯。

　　從表2可知，閥門(mén)小于10°時(shí)水頭損失系數呈幾何級數增加，局部水力損失加大。

　　綜合上述在出口閥關(guān)閉到大于10°時(shí)水泵停機，可大幅度降低泵及閥門(mén)的振動(dòng)值與水力損失。

3、水錘方面

　　水泵出口閥中間轉折開(kāi)度為15°，液控蝶閥分別關(guān)至12°、15°、18°時(shí)水泵斷電的出口閥關(guān)閉規律優(yōu)化選擇計算見(jiàn)表3。

表3 出口閥關(guān)閉規律優(yōu)化選擇計算

　　注：湯浦水庫水位12m;達郭水庫水位70m。單臺水泵運行，正常停機(3#)�？瞻滋幈硎疚窗l(fā)生反轉。

　　(1)經(jīng)計算兩臺水泵并聯(lián)運行，其中一臺水泵正常停機3#，其水泵出口最大內壓和反轉速度都要小于表3所列的工況。

　　(2)由于水泵抽水揚程越大，斷電后最大反轉速度上升值越大;湯浦水庫水位一定時(shí)，調節水庫水位越高，或調節水庫水位一定時(shí)，湯浦水庫水位越低，水泵斷電后輸水系統中出現的最大內水壓力值越大。因此，在小開(kāi)度停泵計算中，選擇該進(jìn)、出口水庫水位組合情況下，為水泵出口閥關(guān)閉規律的優(yōu)化選擇計算的控制情況。

　　(3)考慮到出口閥關(guān)閉規律轉折點(diǎn)開(kāi)度為15°時(shí)，閥門(mén)總有效關(guān)閉時(shí)間較短，且當水泵斷電前，閥門(mén)在小開(kāi)度區域運行時(shí)間較短，水力振動(dòng)較小，因此，閥門(mén)轉折開(kāi)度選定為15°。

　　(4)正常停機時(shí)最大內壓控制值為80m，水泵不反轉;事故停機時(shí)(兩臺泵并聯(lián)運行同時(shí)全失電)最大內壓控制值為91m，水泵失電后的最大反轉速度均小于其額定轉速，不發(fā)生水泵葉輪飛逸破壞事故。

　　由表3可知，水泵在出口閥關(guān)至12°時(shí)斷電工況，水泵出口最大內壓力較小，在控制值內，而且水泵不發(fā)生反轉，對泵的使用壽命沒(méi)有影響，明顯優(yōu)于其他角度。最后選擇快關(guān)時(shí)間20s、總關(guān)閥時(shí)間45s，轉折點(diǎn)開(kāi)度為15°兩段折線(xiàn)關(guān)閉規律，水泵機組在出口閥關(guān)閉至12°時(shí)水泵斷電停機，這樣可有效改善目前的水力振動(dòng)現象，又把在正常停機時(shí)最大內壓與反轉速度控制到較小或不反轉，而在事故停機時(shí)最大內壓與反轉速度滿(mǎn)足控制要求。在湯浦水庫水位12m，達郭水庫水位70情況，3#與2#兩臺泵全失電情況下，閥門(mén)在給定規律下關(guān)閉，水泵出口最大內壓為90.8m，最大反轉速度-307r/min。

4、結語(yǔ)

　　類(lèi)似工程可從水力振動(dòng)方面初步選定閥門(mén)開(kāi)度范圍，后從液控蝶閥分別關(guān)至不同開(kāi)度時(shí)水泵斷電的出口閥關(guān)閉規律進(jìn)行優(yōu)化選擇，最終選擇最符合實(shí)際的閥門(mén)開(kāi)度。需要注意的是，正常停機與事故停機時(shí)控制值應有所區別。