停泵水锤计算及其防护措施_柳宗仁

第40卷第3期2004年09月甘肃水利水电技术GansuShuiliShuidianJishuVol.40,No.3Sep.,2004·设计与研究·停泵水锤计算及其防护措施柳宗仁(庄浪县水务局,甘肃庄浪744600)摘要:简要介绍了停泵水锤的计算依据,并采用计算机软件模拟实际工程的停泵水锤工作情况。根据多项工程的实测和计算机模拟结果,提出了泵房和输水管线设计中应注意的问题以及停泵水锤的防护措施。关键词:停泵水锤;计算;防护措施中图分类号:TU991.39文献标识码:B停泵水锤是水锤现象中的一种,是指水泵机组因突然断电或其他原因而造成的开阀状态下突然停车时,在水泵及管路系统中,因流速突然变化而引起的一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。一般情况下停泵水锤最为严重,其对泵房和管路的安全有极大的威胁,国内有几座水泵房曾发生停泵水锤而导致泵房淹没或管路破裂的重大事故。停泵水锤值的大小与泵房中水泵和输水管路的具体情况有关。在泵房和输水管路设计时应考虑可能发生的水锤情况,并采取相应的防范措施避免水锤的发生,或将水锤的影响控制在允许范围内。综合国内外关于水锤的最新科研成果并结合多年工程实践经验,以特征线法为基础开发了水锤计算程序。这一程序可以较好地模拟各种工况条件下水泵及输水管路系统的水锤状况,为高扬程长距离输水工程提供设计依据。1几种边界条件下水锤情况的模拟结果根据我国南方某城市取水泵房的水泵及输水管线的实际情况,采用计算机程序模拟水锤情况如下(均按最低枯水位计算):(1)水泵机组。Qn=5000m3/h,Hn=55m,Nn=741r/min,Ns=132.4,GD2=874.7kg·m2,Mn=932.72kg·m,近期1台机运行,远期2台机运行。(2)输水管线。DN=1400mm,l=5750m,几何扬程:35m(近期)、45m(远期)。1.1假设为有阀管路停泵水锤(1)普通止回阀管路停泵水锤计算结果如表1所列表1普通止回阀管路停泵水锤计算结果运行条件泵出口处最大压力值/kPa当加大水泵机组转动惯量适当的倍数时,泵出口处最大压力值/kPa2台水泵并联运行1536(156.70m)830(84.68m)1台水泵运行892(91.05m)617(63.00m)表1中所列数据为假设水泵出口处的流速为零时阀门即刻关闭所产生的水锤压力值。实际工况中,阀门关闭总要一段时间,因此实际水锤值将与表中所列数据有出入。根据计算机模拟结果,如果在此条件下适当增加水泵机组的转动惯量可以将水锤压力值明显降低。(2)缓闭止回阀管路停泵水锤计算结果如表2所列表2缓闭止回阀管路停泵水锤计算结果运行条件最佳阀门关闭条件下泵出口处最大压力值/kPa水泵最大倒转速度比水泵最大倒流量比最佳阀门关闭组合条件(关闭时间和关闭程度)2台水泵并联运行867(88.5m)0.06-0.23快关:3s,80%慢关:24s,20%1台水泵运行655(66.8m)0.03-0.15快关:3s,80%慢关:21s,20%经过计算机模拟,当关阀时间和快慢组合与最佳模拟条件不同时,泵前最大压力值都将有所增加。因此一个装有两阶段关闭阀门的输水系统,其阀门的操作过程应经过计算确定,并应在试运行中调整。此种设备定货时应向制造厂提出具体的技术要求(快、慢关闭时间及可调性)。(3)管路发生断流停泵水锤(即弥合水锤)此泵房出水管在穿越大堤处(距泵出口40m)形成了驼峰,经计算,此处将发生弥合水锤。实际观测与计算机模拟的结果相近,计算机模拟结果如表3所列。表3普通止回阀管路发生弥合水锤计算结果kPa运行条件枯水位时泵出口处最大压力值洪水位时泵出口处最大压力值枯水位驼峰处水锤压力值洪水位驼峰处水锤压力值2台水泵并联运行1705(173.95m)1312(133.85m)1695(172.97m)1302(132.85m)1台水泵运行1171(119.5m)644(65.7m)1068(110.93m)605(61.7m)从表3得知,当管路中发生断流的停泵水锤(弥合水锤)时,水锤值很大,达到几何扬程的4倍以上,必须引起高度重视。1.2结论性意见停泵水锤的大小主要与泵房的几何扬程有关,当几何扬收稿日期:2004-03-18作者简介:柳宗仁(1962-),男,甘肃庄浪人,工程师,主要从事水利工程建设及管理。程≥30m,其各种工况下的最大水锤压力值(Hmax)与几何扬程(H0)的比值,水泵最大逆转速βmax与额定转速βn的比值分别列人表4。表4几种管路条件下停泵水锤计算结果比较水锤边界条件无逆止阀管路普通逆止阀缓闭逆止阀普通逆止阀管路中有弥合水锤发生Hmax/H00.90～1.441.901.253.00～5.00βmax/βn-1.25-0.20为了避免停泵水锤的危害,可在如下方面采取措施:(1)对于无逆止阀的管路