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(yáng)程長(zhǎng)距離輸水工程供水泵站常采用二階段液控調(diào)節(jié)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(zhǎng)，加之常規(guī)關(guān)閥停泵的方式，通常會(huì)引起機(jī)組、管路及閥門較大的振動(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(guī)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(zhèn)馮家埭村。水泵輸水系統(tǒng)的進(jìn)口水庫(kù)(湯浦水庫(kù))正常蓄水位為32m，死水位為12m;調(diào)節(jié)水庫(kù)(達(dá)郭水庫(kù))最高調(diào)節(jié)水位70m，最低調(diào)節(jié)水位65m。工程任務(wù)根據(jù)凈水量要求，利用夜間低谷電能從湯浦水庫(kù)提水到調(diào)節(jié)水庫(kù)(達(dá)郭)，經(jīng)調(diào)蓄后，由輸水隧洞全天候連續(xù)向凈化調(diào)節(jié)前池自流輸水。取水隧洞總管全長(zhǎng)672.4m，出水隧洞全長(zhǎng)3912m，隧洞開挖洞徑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(dá)郭水庫(kù)。泵站共有4臺(tái)機(jī)組，其技術(shù)參數(shù)如下：水泵型號(hào)YJG48-20I，設(shè)計(jì)揚(yáng)程H52.7m(1#、2#水泵)、57.2m(3#水泵)、49.7m(4#水泵)，設(shè)計(jì)流量Q5.0m3/s(1#、2#、4#水泵)、5.3m3/s(3#水泵)，額定轉(zhuǎn)速N=500r/min，電機(jī)功率P=3500kW，水泵轉(zhuǎn)矩m=5645kgf·m(1kgf=9.8N)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2=3817kgf·m2，最大幾何揚(yáng)程58m，此時(shí)泵的工作揚(yáng)程為61m。兩泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)管道阻力參數(shù)K=0.0236s2/m5。

2、泵站特點(diǎn)及現(xiàn)存問(wèn)題

　　泵站特點(diǎn)：①運(yùn)行方式：泵站是利用夜間低谷電能運(yùn)行，每天晚上22：00開泵，到第二天上午8：00關(guān)泵，為“2用2備”。②水泵運(yùn)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(guī)律：快關(guān)時(shí)間為20s，總關(guān)閥時(shí)間100s，中間轉(zhuǎn)折開度15°。原關(guān)閥時(shí)間是以控制水錘壓力為主要目標(biāo)，最大內(nèi)水壓力控制值72m，接近于水泵出口額定壓力的1.2倍，滿足“最高壓不超過(guò)水泵出口額定壓力的1.5倍”規(guī)范設(shè)計(jì)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(jī)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(zhǎng)，特別小角度關(guān)閥關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，此時(shí)閥門水頭損失非常大(開度為15°時(shí)水頭損失系數(shù)ξ=200)。泵(特別是高揚(yáng)程大流量的渦殼泵)，長(zhǎng)時(shí)間在極小流量運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和噪聲將會(huì)成倍增加。運(yùn)行7年多來(lái)，工作閥門多次遭到損壞，泵檢修頻繁。為了解決或減小機(jī)組及閥門振動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題，結(jié)合工程實(shí)際情況，優(yōu)化工作閥門關(guān)閉規(guī)律，并對(duì)失電工況下水力過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行校核計(jì)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(biāo)，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，首先必須滿足輸水管道的壓力強(qiáng)度要求，同時(shí)仍滿足最高壓力不超過(guò)水泵出口額定壓力的1.5倍的規(guī)范設(shè)計(jì)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(jù)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(xù)減速旋轉(zhuǎn)，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始倒流時(shí)，水泵仍繼續(xù)減速正轉(zhuǎn)。只要在泵倒轉(zhuǎn)之前完全關(guān)閉閥門就不會(huì)對(duì)泵性能造成影響。研究關(guān)閥程序就是要在停泵時(shí)保護(hù)水泵不致發(fā)生飛逸反轉(zhuǎn)，又能使其在關(guān)閉最后階段實(shí)現(xiàn)緩閉，以減少突然關(guān)閉造成的管路中正水錘，達(dá)到保護(hù)管路的目的。采用在閥門某一小角度時(shí)停泵只要確保泵機(jī)組不反轉(zhuǎn)，即對(duì)泵機(jī)組的使用壽命沒有影響，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(jié)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(yīng)有所區(qū)別。即正常停泵時(shí)保證水泵不反轉(zhuǎn)，可確保對(duì)泵機(jī)組使用壽命沒有影響，水錘正壓應(yīng)留有足夠的安全余量，對(duì)輸水管道幾乎沒有影響。事故停泵時(shí)不發(fā)生飛逸反轉(zhuǎn)，水錘正壓控制在安全范圍內(nèi)。

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(zhuǎn)折開度15°。經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算：2臺(tái)水泵(2#與3#)并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)失電，出口閥按給定規(guī)律關(guān)閉時(shí)，水泵出口最大內(nèi)壓90.8mH2O，最大反轉(zhuǎn)速度307r/min。

　　(2)現(xiàn)水泵停泵方式：當(dāng)出口閥關(guān)至12°時(shí)切斷水泵機(jī)組電源，出口閥按以上給定規(guī)律完成關(guān)閉。經(jīng)模擬計(jì)算單臺(tái)水泵運(yùn)行，按現(xiàn)停泵方式(3#)水泵出口最大內(nèi)水壓力值(79.25m)，且水泵不發(fā)生反轉(zhuǎn)。經(jīng)模擬計(jì)算2臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行，按現(xiàn)停泵方式(3#)時(shí)最大內(nèi)水壓力值較小，且水泵不發(fā)生反轉(zhuǎn)。

3.3、改造后效果分析

　　(1)振動(dòng)使用情況分析：原方式閥門從12°到全關(guān)閉需要運(yùn)行時(shí)間為80s，泵及閥門劇烈振動(dòng)時(shí)間為80s�，F(xiàn)方式閥門從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(duì)原方式閥門劇烈振動(dòng)時(shí)間縮短了60s。

　　(2)改進(jìn)措施也可達(dá)到一定的節(jié)能效果。

4、結(jié)論

　　利用抽水蓄能原理供水，每天頻繁啟停泵，故不應(yīng)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(dāng)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(yùn)行證明，這些措施可有效減少機(jī)組、液控閥及連接管路的振動(dòng)，延長(zhǎng)泵機(jī)組及閥門的檢修時(shí)間。