摘要： 在污水泵站的系統(tǒng)與功效已斷定的情況下，對最不利運行工況——兩臺泵同時停泵時產(chǎn)生的水錘波進行了盤算，并依盤算成果斷定緩閉止回閥的封閉時間及管道、混凝土構筑物的設計強度。
關鍵詞： 污水泵站 水錘盤算 緩閉止回閥
中圖分類號：TU992.25
文獻標識碼：C
文章編號：1000-4602(2001)08-0048-02
1 工程概況
寧波北侖4#污水泵站位于松花江路與明州路交叉口四周，此泵站在計劃中的作用是：巖河以西污水系統(tǒng)中通往污水處理廠的一個中間泵站。但目前位于巖河以西區(qū)域的高塘產(chǎn)業(yè)區(qū)招商引資速度很快，特別是麥芽公司的投產(chǎn)，請求巖河以西排污工程盡快實行。故將4#污水泵站作為排海泵站來滿足高塘產(chǎn)業(yè)區(qū)的排污請求。本輸水系統(tǒng)的設計難點在于斷定管道、混雜室的設計壓力，而此壓力則終極取決于水錘壓力。
2 設計概況
該工程的設計與施工分成兩個部分，即：北侖4#污水泵站、4#泵站排海壓力管工程。泵站裝機6臺：H=201.88kPa，Q=1660m3/h(4用2備)，目前裝機3臺(2用1備)。
地下式泵房，壓力管全長為4060m，DN10000，大泵出口段管徑為DN500。
由于壓力管沿途要過河、已建路、海堤等，設有虹吸、倒虹吸段，故屬于水泵揚程大、輸水管線長、高程變更大的輸水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在實際運行中極易產(chǎn)生水錘，而該工程又屬于泵站與壓力管線離開設計，故沒有進行水錘盤算。但從泵站運行安全、維修方便角度出發(fā)，在泵出口設置了緩閉止回閥，在泵站出口設置了調壓井，從而下降全部系統(tǒng)的水錘壓力，下降全部系統(tǒng)的設計壓力，以節(jié)儉土建、設備投資，提高系統(tǒng)運行的安全性。
3 水錘盤算
3.1 水錘類型判別
μτ0=aυ0τ0/(2gH0)
式中 μ——水管特征常數(shù)，μ＝aυ0/2gH0
υ0——閥門全開啟時的管道流速，m/s
a——介質的水錘波速(介質為水時，取a=1000 m/s)
H0——上、下游水頭差或水泵揚程，kPa
τ0——無量綱閥門開度(τ0為起始開度)
閥門全開時，τ0=1.0，每臺水泵流量Q=1 660m3/h、揚程H=201.88 kPa。
由于最不利工況為2臺水泵同時斷電(目前泵站裝機3臺,為2用1備)，屆時管內流速v0＝1.174 2 m/s。當上、下游水頭差H0=88.10 kPa，則μ=6.657，μτ0＝6.657＞1，屬極限水錘。當H0=201.88kPa(水泵揚程)，則μ=2.905，μτ0＝2.905＞1，屬極限水錘。
3.2 水錘盤算
采用下列公式：
Hmax＝(1+hm)H0
式中 Hmax——最大水錘壓力，kPa
hm——最大水錘壓力相對值
對于極限水錘，hm＝σ／2+［(σ+（σ2+4)1/2］
式中 σ——水管特征常數(shù)，σ＝Lv0gH0Ts
L——管道長度，L=4 160 m
Ts——閥門封閉時間，s
水錘盤算成果見表1。
表1 水錘盤算表
水頭 封閉時間
Ts＝10s Ts＝20s Ts＝30s Ts＝40s Ts＝50s Ts＝60 s
H0＝88.10 kPa σ=4160×1.1742 σ＝2.769 σ＝1.846 σ＝1.385 σ＝1.108 σ＝0.923
/(9.81×8.99×10) hm＝8.56 hm＝4.22 hm＝2.64 hm＝1.88 hm＝1.44
=5.539
hm=5.539(5.539+ Hmax＝842.21 Hmax＝459. Hmax＝320. Hmax＝253.72 Hmax＝215.01
(5.5392+4)0.5)/2 kPa 91 kPa 65kPa kPa kPa
=31.65
Hmax=(1+31.65)
×88.10=2876.46kPa
H0＝201.88 kPa σ＝2.417 σ＝1.209 σ＝0.805 σ＝0.604 σ＝0.483 σ＝0.40
hm＝6.71 hm＝2.14 hm＝1.19 hm＝0.81 hm＝0.61 hm＝0.49
Hmax＝1556.53 kPa Hmax＝633.86 Hmax＝442.07 Hmax＝365.44Hmax＝325.06 Hmax＝300.76
kPa kPa kPa kPa kPa
3.3 盤算成果分析
北侖4#污水泵站采用的HH44X—10型緩閉閥的工作原理如下：
在進口端介質壓力作用下，閥瓣主動開啟到位，同時，液壓缸內活塞上升到最高地位，閥門開啟。當停泵或介質結束運動時，閥瓣在自重和回水壓力下，首先敏捷封閉到緩閉角地位，然后再慢關到全閉地位，以達到既結束介質大批倒流，又防止水錘升壓的目標。
另外，可旋轉緩閉調節(jié)閥來調節(jié)緩閉時間是非（即可調節(jié)Ts），順時針調節(jié)時緩閉時間延伸，逆時針調節(jié)時緩閉時間縮短。
重要性能參數(shù)：
公稱壓力：1 MPa
介質流速：≤5 m/s
緩閉角：16°
進行系統(tǒng)的水錘盤算，目標就是找到合適的封閉規(guī)律，斷定閥門封閉時間(Ts)，從而斷定土建結構設計強度，斷定管道設計的工作、實驗壓力等級，斷定調壓井的高度等。
通過水錘盤算表可以看出：無論上、下游水頭差，還是水泵機組的揚程，只當Ts≥40 s時，即閥門從全開到全關要用40 s時，管道中的水錘值分辨小于320.65 kPa、365.44 kPa。
根據(jù)水錘盤算成果，揚程H=201.88 kPa、封閉時間Ts=40 s時的水錘壓力值應選擇較大值，據(jù)此斷定4#泵站排海壓力管工程的設計管道及混凝土結構的混雜室內部工作壓力為392.0 kPa，實驗壓力為588.00 kPa，從而斷定管材為：泵站出口段、管橋段采用14 mm厚鋼管，壓力管末梢段采用承插接口的預應力混凝土管。
4 結論
?、?#泵站調試期間,建議3臺機組上安裝的緩閉閥封閉時間斷定為Ts≥40 s。
?、谡＿\行期間，禁止2臺機組同時停機。
③另外,關于止回閥的選擇,應留心其封閉規(guī)律,最好為二段封閉:第一段在較短時間內閥瓣關到小開度(本工程選用16°),然后緩閉其余開度。
系統(tǒng)運行6年來，一直安穩(wěn)正常。
污水泵站水錘盤算與緩閉止回閥的利用
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