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中型串聯(lián)增壓泵站的水錘分析及防護(hù)措施

文檔作者：史仁朋文檔來(lái)源：山東省棗莊市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月15日
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設(shè)計(jì)施工水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)2016年第11期
DOI：10．3969／j．issn．1672—2469．2016．11．040
中型串聯(lián)增壓泵站的水錘分析及防護(hù)措施
史仁朋
(山東省棗莊市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東棗莊277800)
摘要：滕州供水管線距離長(zhǎng)、供水量大，中途需設(shè)增壓泵站，設(shè)計(jì)采用了投資少、占地小、能耗省的管道串聯(lián)增
壓模式。本文針對(duì)中型串聯(lián)增壓泵站的特點(diǎn)，分不同工況對(duì)各泵站失電水錘進(jìn)行了分析研究，提出相應(yīng)的水錘防
護(hù)措施。
關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)；串聯(lián)泵站；水錘；分析；防護(hù)
中圖分類號(hào)：TV67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-2469(2016)ll-0127·04
棗莊市續(xù)建配套工程中的滕州供水單元工
程，其任務(wù)是實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)東線一期工程干線
在滕州市的分配，解決干線分水與用戶用水之
間的時(shí)空分配矛盾。滕州供水單元的設(shè)計(jì)引水
流量為2．455m3／s，引水量7000萬(wàn)m3／a，引水
時(shí)間330天，35天非引水期采用尚善水庫(kù)調(diào)節(jié)
供水。
1工程設(shè)計(jì)
滕州供水單元利用新建暗渠自南四湖上級(jí)湖引
水，供水期內(nèi)通過(guò)甘橋泵站(A站)、東滿莊泵站
(B站)、邢莊泵站(c站)及干支管向用水戶供水。
三座泵站位于干管的樁號(hào)分別為0+000、6+174
和16+534。泵站機(jī)組全部采用臥式雙吸泵，總裝
機(jī)1350KW。甘橋泵站自引水管道取水，需設(shè)進(jìn)水
池，采用正向進(jìn)水。東滿莊及邢莊泵站為管道中
途加壓泵站，整個(gè)系統(tǒng)采用樹狀管網(wǎng)密閉管道，
雙管敷設(shè)，中間每隔一段距離設(shè)聯(lián)通管。主管道
沿線設(shè)33處(66個(gè))進(jìn)排氣閥，其中復(fù)合進(jìn)排氣
閥26處(52個(gè))，彌合水錘預(yù)防閥7處(14個(gè))。
泵站全部采用變頻運(yùn)行，進(jìn)出水管均設(shè)壓力傳感
器、檢修閥，站后出水管設(shè)二階段液控止回閥。
供水支線共7條輻射32個(gè)工礦企業(yè)。管網(wǎng)布置及
設(shè)計(jì)指標(biāo)見滕州供水單元管網(wǎng)樹狀圖(330天)
圖1。
2泵站水錘分析
泵站在運(yùn)行中發(fā)生的最大安全隱患是水錘
破壞，發(fā)生水錘破壞的情況一般為事故停泵、
爆管及違規(guī)操作開停水泵及閥門等造成的，其
中事故停機(jī)時(shí)發(fā)生的水錘對(duì)管道系統(tǒng)的破壞最
為嚴(yán)重。因此必須對(duì)其工況下的管道水力過(guò)渡
過(guò)程進(jìn)行分析研究，為水錘的防護(hù)提供技術(shù)
支撐。
2．1穩(wěn)態(tài)計(jì)算
三座泵站及管路系統(tǒng)正常運(yùn)行工況下的水力坡
降(穩(wěn)態(tài))計(jì)算成果見圖2，圖中黃線代表管道中心
線，藍(lán)線代表壓力水頭線。
2．2瞬態(tài)計(jì)算
三級(jí)泵站串聯(lián)加壓供水，考慮每座泵站均有
失電的可能性。則計(jì)算工況分為A、B、C同時(shí)失
電、僅A失電、僅B失電、僅C失電、A和B同
時(shí)失電、A和C同時(shí)失電、B和C同時(shí)失電共7
種不利工況。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，每種工況發(fā)生時(shí)
都會(huì)在某一段或某一部位發(fā)生最大水錘。下面以
中間B站發(fā)生事故停電為例分析整個(gè)系統(tǒng)的水力
變化過(guò)程。
系統(tǒng)正常運(yùn)行后，僅B站失電，A站和C站
繼續(xù)運(yùn)行。B站泵后二階段液控止回閥60S關(guān)閉
(10s關(guān)閉80％，50S關(guān)閉100％)。整條干管的
水力變化見圖3(紅線一最高壓力包絡(luò)線；黑
線一正常壓力線；藍(lán)線一最低壓力包絡(luò)線；綠
線一管道中心線；黃線一水體汽化壓力線，下
同)。
收稿日期：2015．06．18
作者簡(jiǎn)介：史仁朋(1978年一)，男，高級(jí)工程師。
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2016年第11期水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)施工
圖1滕州供水單元管網(wǎng)樹狀圖(330天)
縱斷
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圖2干管穩(wěn)態(tài)壓力水頭線
A～B管道壓力升高，最高壓力發(fā)生在B站之
前，最高壓力達(dá)到606 KPa，出現(xiàn)的最低壓力略低
于正常工作壓力。這是由于B站失電關(guān)閥引起站前
壓力升高，而A站繼續(xù)運(yùn)行又加劇了這一趨勢(shì)。
B～c管道出現(xiàn)壓力強(qiáng)烈的升高及降低，最高壓
·128·
東
石
支
力達(dá)到1424KPa，遠(yuǎn)高于管道工作壓力；最低壓強(qiáng)已
降至汽化壓力以下，管道內(nèi)大范圍水體發(fā)生水柱拉
斷。這是由于B站失電關(guān)閥導(dǎo)致泵后管道出現(xiàn)負(fù)壓，
由于彌合水錘預(yù)防閥布置不合理，負(fù)壓過(guò)后水柱彌
合又發(fā)生了較大的正壓，多處發(fā)生彌合水錘。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
設(shè)計(jì)施工水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)2016年第11期
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圖3東滿莊泵站(B站)失電干管水頭包絡(luò)線
C站后的管道出現(xiàn)的最大壓力與正常運(yùn)行壓力布局是復(fù)合閥23處(46個(gè))，彌合閥10處(20個(gè))。
基本一致，最小壓力略低于正常運(yùn)行壓力。(2)液控閥關(guān)閥時(shí)間
其它6種工況也同樣發(fā)生較大的正壓及負(fù)壓， 甘橋泵站關(guān)閥時(shí)間60s，10s—O％～80％，
產(chǎn)生較為嚴(yán)重的水錘破壞。主要原因是排氣閥布置50s一80％～100％；東滿莊泵站關(guān)閥時(shí)間60s，10s一
不合理，發(fā)生較大范圍的水柱拉斷，產(chǎn)生彌合水0％～80％，50s一80％～100％；邢莊泵站關(guān)閥時(shí)間
錘。三級(jí)串聯(lián)加壓泵站，中間不設(shè)進(jìn)水池的供水系150s，10s—O％～80％，140s--80％～100％。
統(tǒng)又加劇了該系統(tǒng)水錘的復(fù)雜性。以上7種工況是(3)增設(shè)旁通管
按照已優(yōu)化的關(guān)閥時(shí)間計(jì)算的，已在一定程度上了旁通管可設(shè)置在東滿莊泵站和邢莊泵站兩站泵
削減了水錘。房?jī)?nèi)部，在靠近檢修間的一側(cè)水泵管路上布設(shè)。旁
3 防護(hù)后瞬態(tài)分析計(jì)算霎尹氣翥囂囂主管道水流方向一致。
3．1 防護(hù)措施仍然以僅東滿莊泵站B失電為例，通過(guò)上述合
通常對(duì)泵站失電產(chǎn)生水錘采取的措施有以下四理的工程防護(hù)措施后，整條干管的水力變化見圖
種：增大水泵的慣性矩、泵站后設(shè)置空氣壓力罐、4。從該圖可以看出A～B最高工作壓力低于正常
管道增設(shè)復(fù)合進(jìn)排氣閥及合理控制站后二階段液控工作壓力的1．5倍，滿足《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB
止回閥的關(guān)閥開度及時(shí)間等。泵站參數(shù)選定水泵轉(zhuǎn)50265-2010)要求，最低壓力略低于正常工作壓力；
動(dòng)慣量一般就確定了，很難增大?？諝鈮毫薰倘籅～C最高工作壓力略高于正常工作壓力，最低壓
是是消除水錘的良藥，但造價(jià)較高，特別是容量大力高于水體汽化壓力，大部分未出現(xiàn)負(fù)壓；C之后
的罐造價(jià)更高。經(jīng)分析試算，提出以下解決方案。最高工作壓力與正常工作壓力基本一致，最低壓力
(1)優(yōu)化排氣閥布設(shè)高于水體汽化壓力，大部分未出現(xiàn)負(fù)壓。
在不改變排氣閥總個(gè)數(shù)(33處66個(gè))和位置不通過(guò)合理的工程措施，A～B最高工作壓力低
變的前提下，重新優(yōu)化排氣閥和彌合閥的位置，適于正常工作壓力的1．5倍，最低壓力略低于正常工
當(dāng)增減兩種類型閥門的個(gè)數(shù)(總數(shù)不變)，調(diào)整后的作壓力；B～C最高工作壓力略高于正常工作壓力，
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2016年第11期水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)施工
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圖4東滿莊泵站IB站)失電干管水頭包絡(luò)線
最低壓力高于水體汽化壓力，大部分未出現(xiàn)負(fù)壓；
C之后最高工作壓力與正常工作壓力基本一致，最
低壓力高于水體汽化壓力，大部分未出現(xiàn)負(fù)壓。
4 結(jié)論
甘橋站、東滿莊站和邢莊站采用管道串聯(lián)增壓
的方式供水，可節(jié)約運(yùn)行能耗；不設(shè)調(diào)節(jié)池，節(jié)約
土地資源。但串聯(lián)增壓泵站上下游段水力條件相互
間受水錘的影響。本研究對(duì)管道串聯(lián)增壓泵站的水
錘進(jìn)行了分析，分析了串聯(lián)增壓泵站的水錘特性，
并根據(jù)水錘分析結(jié)果提出防護(hù)措施，確保整個(gè)系統(tǒng)
00
供水安全。當(dāng)前多級(jí)串聯(lián)泵站建設(shè)在國(guó)內(nèi)非常罕見，
但隨著微機(jī)自動(dòng)化程度的廣泛應(yīng)用必將全面推廣。
參考文獻(xiàn)
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(上接第119頁(yè))覆蓋層厚達(dá)41．9m，為解決滲透穩(wěn)
定問(wèn)題和控制滲透量，采用混凝土防滲墻在砂卵礫
石覆蓋層做垂直截滲，防滲墻下部基巖采用帷幕灌
漿進(jìn)行滲流控制。由于混凝土壩剛度較大，且存在
沉降問(wèn)題，而砂卵礫石地基中的混凝土防滲墻是相
對(duì)柔性的，如果兩者間的連接處理不好就可能會(huì)造
成漏水或者防滲墻斷裂漏水問(wèn)題。無(wú)論何種漏水都
會(huì)危及大壩的安全。
實(shí)施中將砂卵礫石地基段防滲墻布置于壩軸線
上游20．9m處，混凝土壩與防滲墻之間設(shè)水平鋼
筋混凝土防滲鋪蓋，防滲墻采用鋼筋混凝土槽板
·130·
式，防滲墻與防滲鋪蓋之間設(shè)有銅片止水和橡膠止
水，且在接縫頂部設(shè)一道sR防滲體系，防滲鋪蓋
與混凝土壩之間用銅片和橡膠兩排止水連接。
3．3窯洞式廠房圍巖穩(wěn)定問(wèn)題
主機(jī)間頂拱最大開挖跨度22．25m，邊墻開挖
跨度17．1 m，襯砌后跨度16m，長(zhǎng)42．03m。由于
工程處于Ⅷ度地震烈度區(qū)，廠房圍巖穩(wěn)定是個(gè)突
出問(wèn)題。
施工圖設(shè)計(jì)階段對(duì)窯洞室廠房洞室群及尾水洞
洞周圍巖穩(wěn)定采用三維彈塑性損傷有限元程序進(jìn)行
分析，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)信息反饋修(下轉(zhuǎn)第144頁(yè))
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