小舜江輸水泵站液控蝶閥關(guān)閥時(shí)間及停泵方式改進(jìn)
大流量高揚程長(cháng)距離輸水工程供水泵站常采用二階段液控調節蝶閥來(lái)最大限度降低關(guān)閥水錘。小角度關(guān)閥時(shí)間長(cháng)，加之常規關(guān)閥停泵的方式，通常會(huì )引起機組、管路及閥門(mén)較大的振動(dòng)。從泵站實(shí)際特點(diǎn)出發(fā)，盡量縮短關(guān)閥時(shí)間，改變常規關(guān)閥停泵方式，有效減小了振動(dòng)和噪聲。
1、工程概況
紹興市小舜江輸水工程位于紹興市湯浦鎮馮家埭村。水泵輸水系統的進(jìn)口水庫(湯浦水庫)正常蓄水位為32m，死水位為12m;調節水庫(達郭水庫)最高調節水位70m，最低調節水位65m。工程任務(wù)根據凈水量要求，利用夜間低谷電能從湯浦水庫提水到調節水庫(達郭)，經(jīng)調蓄后，由輸水隧洞全天候連續向凈化調節前池自流輸水。取水隧洞總管全長(cháng)672.4m，出水隧洞全長(cháng)3912m，隧洞開(kāi)挖洞徑4.5m，襯后直徑3.7m，素噴后洞徑為4.3m，錨噴后洞徑為4.2m，未襯段洞徑近似為4.5m，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H52.7m(1#、2#水泵)、57.2m(3#水泵)、49.7m(4#水泵)，設計流量Q5.0m3/s(1#、2#、4#水泵)、5.3m3/s(3#水泵)，額定轉速N=500r/min，電機功率P=3500kW，水泵轉矩m=5645kgf·m(1kgf=9.8N)，轉動(dòng)慣量GD2=3817kgf·m2，最大幾何揚程58m，此時(shí)泵的工作揚程為61m。兩泵并聯(lián)運行時(shí)管道阻力參數K=0.0236s2/m5。
2、泵站特點(diǎn)及現存問(wèn)題
泵站特點(diǎn)：①運行方式：泵站是利用夜間低谷電能運行，每天晚上22：00開(kāi)泵，到第二天上午8：00關(guān)泵，為“2用2備”。②水泵運行方式一直采用“關(guān)閥啟泵，關(guān)閥停泵”的工作方式，即水泵出口閥完全關(guān)閉后再停泵。③液控閥關(guān)閉規律：快關(guān)時(shí)間為20s，總關(guān)閥時(shí)間100s，中間轉折開(kāi)度15°。原關(guān)閥時(shí)間是以控制水錘壓力為主要目標，最大內水壓力控制值72m，接近于水泵出口額定壓力的1.2倍，滿(mǎn)足“最高壓不超過(guò)水泵出口額定壓力的1.5倍”規范設計要求，并留有一定安全余量。
存在問(wèn)題：在停泵過(guò)程中，水泵及出口閥振動(dòng)過(guò)大，尤其是閥門(mén)關(guān)閉至小角度時(shí)，振動(dòng)非常劇烈。而小舜江輸水泵站泵機組頻繁啟停，啟停時(shí)激烈的水力振動(dòng)不可忽略。而原關(guān)閥時(shí)間過(guò)長(cháng)，特別小角度關(guān)閥關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(cháng)，此時(shí)閥門(mén)水頭損失非常大(開(kāi)度為15°時(shí)水頭損失系數ξ=200)。泵(特別是高揚程大流量的渦殼泵)，長(cháng)時(shí)間在極小流量運行時(shí)振動(dòng)和噪聲將會(huì )成倍增加。運行7年多來(lái)，工作閥門(mén)多次遭到損壞，泵檢修頻繁。為了解決或減小機組及閥門(mén)振動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，結合工程實(shí)際情況，優(yōu)化工作閥門(mén)關(guān)閉規律，并對失電工況下水力過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行校核計算分析，以盡量減少水泵出口閥關(guān)閉時(shí)間為主要優(yōu)化目標，并在停泵方式上進(jìn)行改進(jìn)。
3、停泵方式分析及改進(jìn)
3.1、分析
3.1.1、關(guān)閥時(shí)間
提高壓力控制值，來(lái)縮短關(guān)閥時(shí)間，特別要縮短小角度關(guān)閥時(shí)間。最后綜合考慮取最大壓力控制值為91m，首先必須滿(mǎn)足輸水管道的壓力強度要求，同時(shí)仍滿(mǎn)足最高壓力不超過(guò)水泵出口額定壓力的1.5倍的規范設計要求。
3.1.2、停泵方式
采用目前使用的“關(guān)閥停泵”的方式，難以解決停泵及關(guān)閥過(guò)程中的劇烈水力振動(dòng)。根據水泵的工作特性分析：水泵動(dòng)力中斷之后在慣性作用下繼續減速旋轉，由于水泵的慣性一般比管道水流的慣性大，因而管道流速減小到零繼而開(kāi)始倒流時(shí)，水泵仍繼續減速正轉。只要在泵倒轉之前完全關(guān)閉閥門(mén)就不會(huì )對泵性能造成影響。研究關(guān)閥程序就是要在停泵時(shí)保護水泵不致發(fā)生飛逸反轉，又能使其在關(guān)閉最后階段實(shí)現緩閉，以減少突然關(guān)閉造成的管路中正水錘，達到保護管路的目的。采用在閥門(mén)某一小角度時(shí)停泵只要確保泵機組不反轉，即對泵機組的使用壽命沒(méi)有影響，而且可減輕劇烈的水力振動(dòng)，縮短劇烈振動(dòng)的時(shí)間。結合泵站實(shí)際供水方式，正常停泵每天都在發(fā)生，而事故停泵畢竟是小概率事情，兩者的控制值應有所區別。即正常停泵時(shí)保證水泵不反轉，可確保對泵機組使用壽命沒(méi)有影響，水錘正壓應留有足夠的安全余量，對輸水管道幾乎沒(méi)有影響。事故停泵時(shí)不發(fā)生飛逸反轉，水錘正壓控制在安全范圍內。
3.2、采取的措施
(1)快關(guān)時(shí)間20s，總關(guān)閥時(shí)間45s，中間轉折開(kāi)度15°。經(jīng)計算機模擬計算：2臺水泵(2#與3#)并聯(lián)穩定運行，同時(shí)失電，出口閥按給定規律關(guān)閉時(shí)，水泵出口最大內壓90.8mH2O，最大反轉速度307r/min。
(2)現水泵停泵方式：當出口閥關(guān)至12°時(shí)切斷水泵機組電源，出口閥按以上給定規律完成關(guān)閉。經(jīng)模擬計算單臺水泵運行，按現停泵方式(3#)水泵出口最大內水壓力值(79.25m)，且水泵不發(fā)生反轉。經(jīng)模擬計算2臺水泵并聯(lián)運行，按現停泵方式(3#)時(shí)最大內水壓力值較小，且水泵不發(fā)生反轉。
3.3、改造后效果分析
(1)振動(dòng)使用情況分析：原方式閥門(mén)從12°到全關(guān)閉需要運行時(shí)間為80s，泵及閥門(mén)劇烈振動(dòng)時(shí)間為80s�，F方式閥門(mén)從12°到全關(guān)閉只需要20s，但泵從12°起劇烈振動(dòng)幾乎立刻消失，相對原方式閥門(mén)劇烈振動(dòng)時(shí)間縮短了60s。
(2)改進(jìn)措施也可達到一定的節能效果。
4、結論
利用抽水蓄能原理供水，每天頻繁啟停泵，故不應忽略停泵及關(guān)閥過(guò)程中劇烈水力振動(dòng)。在確保事故停泵安全前提下，適當增大水錘控制值，合理縮短小角度關(guān)閥時(shí)間，并改變泵的停泵方式，實(shí)際運行證明，這些措施可有效減少機組、液控閥及連接管路的振動(dòng)，延長(cháng)泵機組及閥門(mén)的檢修時(shí)間。
