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黃花灘項目提灌分干泵站及壓力管道防護措施設(shè)計

文檔作者：尹大壯文檔來源：甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月30日
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第51卷第10期
2015年1O月
甘肅水利水電技術(shù)
GANSU WATER RESOURCES AND HYDR0P0W ER TECHNOLOGY
Vo1．51．No．10
0et．．2015
· 設(shè)計與研究·
黃花灘項目提灌分干泵站及壓力管道防護措施設(shè)計
尹大壯
(甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院，甘肅蘭州730000)
摘要：主要介紹了古浪縣生態(tài)移民暨扶貧開發(fā)黃花灘項目水利骨干工程，提灌分干泵站機組參數(shù)及有壓輸水管道，
進行提灌分干泵站水力過渡過程計算，選擇了泵站水力防護措施。防護措施包括：水泵出口控制閥的兩段關(guān)閉方案；
有壓輸水管道上空氣閥的型式及位置；有壓輸水管道上的調(diào)壓井的型式及位置。
關(guān)鍵詞：黃花灘項目；防護措施；調(diào)壓井；水力過渡過程計算
中圖分類號：TV675；TV672~2 文獻標志碼：B 文章編號：2095—0144(2015)10—0031—03
1 工程概況
黃花灘項目灌區(qū)骨干渠系由干渠、分干渠、支渠
3級渠道組成。干渠取水點位于景電二期南、北干分
水閘，設(shè)計流量3．21 m3／s，加大流量4．17 m3／s。干渠
前段為景電二期北干渠及北一支渠擴建段，后段為
新建段，新建段需新建黃花灘一、二級泵站，干渠長
3O．56 km；干渠尾段設(shè)分水閘向南、北分干渠和提灌
分干渠供水，南分干渠全長l4．53 km，北分干渠全長
24．92 km，提灌分干渠全長8．63 km，提灌分干渠設(shè)
提灌分干泵站一座；南分干渠所屬3條支渠長16．07
km，北分干渠所屬2條支渠長l9．49 km。灌區(qū)骨干
渠道全長114,15 km
本次只研究提灌分干泵站及其有壓輸水管道通
過水力過渡過程計算后采取的防護措施。其他泵站
與灌分干泵站類似．不再贅述。
2 提灌分干泵站設(shè)計參數(shù)
2．1 提灌分干泵站水力參數(shù)
提灌分干泵站水力參數(shù)見表1所列。
表1 提灌分干泵站水力參數(shù)
2．2 提灌分干泵站水泵機組基本參數(shù)
提灌分干泵站水泵機組基本參數(shù)見表2所列。
2．3 水泵出口控制閥設(shè)計
為了防止當泵站系統(tǒng)突然失電時，水流因突然
表2 提灌分干泵站水泵機組參數(shù)
失去動力產(chǎn)生的停泵水錘對輸水管道和水泵機組造
成破壞，在水泵的出口管路上設(shè)置了兩階段關(guān)閉的
多功能水泵控制閥，當突然停機或泵站失電時多功
能水泵控制閥進行兩段規(guī)律關(guān)閉，達到降低管道水
錘壓力和減小水泵倒轉(zhuǎn)的目的
2．4 有壓輸水管道的水錘波傳播速度
水錘波的傳播速度依下式計算：
1425
~v／l+ k D
￡
)
式中： — — 水錘波傳播速度(m／s1：
— — 水的彈性模量，k=2．07x10 MPa：
一管材的縱向彈性模量(MPa)；
D— — 管材的管徑(mm)；
收稿日期：2015—10—14
作者簡介：尹大壯(1982一)，男，黑龍江人，工程師，主要從事水利水電工程水力機械及消防設(shè)計，E—mail：gsyydz@163．c0m。
· 31 ·
2015年第10期 甘肅水利水電技術(shù) 第51卷
— — 管材的壁厚(mm)。
提灌分干泵站輸水管道基本參數(shù)見表3所列。
表3 提灌分干泵站輸水管道基本參數(shù)
經(jīng)計算得，水錘波的傳播速度a=1375(m／s)。
3 提灌分干泵站水力過渡過程的仿真計算
對提灌分干泵站設(shè)計流量運行工況進行瞬態(tài)過
程的計算．即2臺KQSN300一N6水泵同時運行，輸
水流量為0．34 m3／s時突然發(fā)生失電情況，選取相應(yīng)
的水錘防護措施。再用泵站最大流量運行工況的瞬
態(tài)過程的計算進行防護措施復(fù)核。
3．1 設(shè)計流量時，水泵出口的多功能水泵控制閥不
關(guān)閉工況(工況一)
本工況反應(yīng)了當水泵出口多功能水泵控制閥在
需要關(guān)閉時無法正常關(guān)閉工況下的水泵特征量。
表4是根據(jù)水泵特征量變化過程曲線和管線壓
力包絡(luò)線查得，從表4可見，在發(fā)生事故停泵后第
16 S．水開始倒流，在發(fā)生事故停泵后的第20 S．水
泵開始倒轉(zhuǎn)。管道最大壓力為101．08 m，為水泵額定
工作壓力的1．17倍，滿足《泵站設(shè)計規(guī)范》要求的
“最高壓力不應(yīng)超過水泵出口額定壓力的1．3～1．5
倍”的要求。管路局部最小水錘壓力為一8 in，管中汽
化現(xiàn)象比較嚴重。
表4 泵出口多功能水泵控制閥拒動作工況計算結(jié)果
最大壓力月一／m 101．08 相對壓力 117％
最小壓力日?／m 一8 相對壓力 一9．3％
最大倒轉(zhuǎn)流量Q一／(mTs) 0．2 出現(xiàn)時~1]／s 32
水泵最大反轉(zhuǎn)速度n一，(r／min) 一1799 相對轉(zhuǎn)速 121．6％
流量為零時刻，s 16 轉(zhuǎn)速為零時刻，s 20
水泵最大反轉(zhuǎn)速度l 799 r／min。為額定轉(zhuǎn)速的
1．216倍，超過了《泵站設(shè)計規(guī)范》要求的“最高反轉(zhuǎn)
速度不應(yīng)超過額定轉(zhuǎn)速的1．2倍”的要求。最大倒泄
流量為0．2 m3／s，且倒流持續(xù)時間較長，不滿足水泵
機組的安全運行要求，應(yīng)采取其他措施以防止泵出
口無閥門防護或是當閥門不關(guān)閉時，反轉(zhuǎn)速度過大
對水泵機組造成的損壞。
3．2 設(shè)計流量時。水泵出口的多功能水泵控制閥按
規(guī)律關(guān)閉并與空氣閥聯(lián)合防護工況(工況二)
多功能水泵控制閥設(shè)定為兩階段關(guān)閉，選擇合
理的兩階段關(guān)閉規(guī)律，既快關(guān)面積和快關(guān)時間，慢關(guān)
面積和慢關(guān)時間，來控制管道的壓力升高和水泵機
· 32 ·
組的反轉(zhuǎn)速度。在管線適當位置設(shè)置空氣閥，水錘
發(fā)生時向管道內(nèi)補氣減小管線負壓。通過計算機仿
真計算．兩階段關(guān)閉的多功能水泵控制閥最優(yōu)關(guān)閉
規(guī)律和空氣閥聯(lián)合控制結(jié)果見表5所列。
表5 工況二聯(lián)合控制結(jié)果
多功能水泵控制閥4．5 s關(guān)閉8O％；22．5 s關(guān)閉20％
最大壓力 一／m 163．28 相對壓力 190％
最小壓力 一，m 一5．49 相對壓力 一6．3％
流量為零時~l／s 36 轉(zhuǎn)速為零時刻／s 80
多功能水泵控制閥按照表5的關(guān)閉規(guī)律關(guān)閉
后，水泵的倒流流量為零，水泵機組沒有發(fā)生反轉(zhuǎn)，
有效地保護了水泵機組。但是管道最大壓力為水泵
額定工作壓力的1．9倍，不滿足《泵站設(shè)計規(guī)范》要
求。輸水管道最小水錘壓力為一5．49 m，存在負壓，管
中局部出現(xiàn)汽化現(xiàn)象。輸水管道的壓力包絡(luò)線如圖
1所示。
／
? 一
最大 力l ‘
{
50
距離，m
圖1 工況二輸水管道壓力包絡(luò)線
3．3 設(shè)計流量時。水泵出口多功能水泵控制閥按規(guī)
律關(guān)閉并與空氣閥、調(diào)壓井聯(lián)合防護工況(工
況三)
多功能水泵控制閥按照4．5 S關(guān)閉80％，22．5 s
關(guān)閉20％的兩階段關(guān)閉規(guī)律關(guān)閥，在壓力輸水管道
樁號0+610、1+195．04、1+576．2、2+197．3和2+543．98
的每處位置分別設(shè)置2個復(fù)合型空氣閥，2個空氣
閥采用牛角型布置方式，每個空氣閥直徑為DN100
mm，壓力等級為刪1．6 MPa。單向調(diào)壓井安裝在樁
號1+790處。在采取這些保護措施后，通過過渡過
程仿真計算，水泵流量在失電停機時刻14 s時為零
并發(fā)生倒流，倒流持續(xù)22 S停止，水泵不發(fā)生反轉(zhuǎn)，
水泵出口總管的最大水錘壓力為106．68 in，滿足《泵
站設(shè)計規(guī)范》的要求，管路最小水錘壓力為0 In，無
汽化發(fā)生。水泵出口多功能水泵控制閥按規(guī)律關(guān)閉
并與空氣閥、調(diào)壓井聯(lián)合防護工況計算結(jié)果見表6
所列 輸水管道的壓力包絡(luò)線如圖2所示。
：2 ∞ !窯 ∞ 侶 0
Ⅲ／ 幄
第10期 尹大壯：黃花灘項目提灌分干泵站及壓力管道防護措施設(shè)計 第51卷
表6 工況三聯(lián)合防護工況計算結(jié)果
多功能水泵控制閥4．5 s關(guān)閉8O％；22．5 s關(guān)閉20％
最大壓力 ／m 106．68 相對壓力 125．5％
最小壓力日 ／m 0 相對壓力 o％
流量為零時N／s 36 轉(zhuǎn)速為零時刻，s 8O
距離，m
圖2 工況三輸水管道壓力包絡(luò)線
3．4 加大流量時。水泵出口多功能水泵控制閥按規(guī)
律關(guān)閉并與空氣閥、調(diào)壓井聯(lián)合防護工況復(fù)核
根據(jù)3．3節(jié)在設(shè)計流量下采取的水泵出口多功
能水泵控制閥、復(fù)合式空氣閥和調(diào)壓井的設(shè)置防護
措施，對提灌分干泵站加大流量運行工況進行瞬態(tài)
過程的計算復(fù)核，加大流量即3臺KQSN300一N6水
泵同時運行，輸水流量為0．51 m3／s。
多功能水泵控制閥按照6 S關(guān)閉80％．30 S關(guān)閉
20％的兩階段關(guān)閉規(guī)律關(guān)閥。壓力輸水管道上復(fù)合
型空氣閥和單向調(diào)壓井安裝位置與設(shè)計流量時相
同。此時。水泵流量在失電停機時刻16 s時為零并
發(fā)生倒流，倒流持續(xù)28 S停止，水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速
為其額定轉(zhuǎn)速的0．O5倍．水泵出口總管的最大水錘
壓力為104．42 m，均滿足《泵站設(shè)計規(guī)范》的要求，管
路最小水錘壓力為0 m，無汽化發(fā)生。計算結(jié)果見表
7所列。輸水管道的壓力包絡(luò)線如圖3所示
3．5 單向調(diào)壓井
單向調(diào)壓井是當泵站突然失電發(fā)生水力瞬態(tài)過
程時布置在輸水管道上負壓較大位置的防護設(shè)施，
它能夠及時的向管道內(nèi)補水減小管道系統(tǒng)的壓力波
動，可靠地保護輸水管道和泵站安全。本工程的單
向調(diào)壓井由調(diào)壓井室、蓄水罐(直徑3 m。高度4 m)、
一條DN150 mm進水管、兩條DN200 mm 出水管和
表7 工況三復(fù)核計算結(jié)果
多功能水泵控制閥4．5 S關(guān)閉8O％；22．5 s關(guān)閉20％
最大壓力 一／m 104．42 相對壓力 121．4％
最小壓力日 ／m 0 相對壓力 O％
流量為零時N／s 44 轉(zhuǎn)速為零時N／s 120
距離，m
圖3 工況三復(fù)核輸水管道的壓力包絡(luò)線
放空管組成，準工作狀態(tài)時水力浮球閥控制輸水管
道向蓄水罐補水，當瞬態(tài)過程輸水管道出現(xiàn)負壓時．
由蓄水罐通過單向旋啟止回閥向輸水管道補水．完
成保護任務(wù)。
4 結(jié)語
古浪縣黃花灘提灌分干泵站最大供水流量0．5l
m3／s，揚程86 m，管道長度2 555 m，管徑600 mm，屬
于典型的高揚程長距離供水工程。通過水力過渡過
程仿真計算，選擇多功能水泵控制閥作為水泵出口
控制閥并遵循計算的關(guān)閉規(guī)律進行操作，在輸水管
道的適當位置設(shè)置復(fù)合型空氣閥，并在輸水管道出
現(xiàn)負壓的關(guān)鍵位置設(shè)置單向調(diào)壓井．該項目已經(jīng)通
水運行，上述防護措施可以控制管道的壓力升高和
水泵機組的反轉(zhuǎn)速度，也有效地減小了管道負壓．工
程運行安全。
參考文獻：
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告[R]．武漢：武漢大學動力與機械學院，2012．
[2]王建中．泵站壓力管道設(shè)計特點[J]．甘肅水利水電技術(shù)，
2008，44(6)：409—410．
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水壓力管道設(shè)計[J]．水利水電技術(shù)，2002，33(8)：42—44．
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