王繼忠，董傳紅

（1.唐山市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，河北唐山 063000；2.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

曹妃甸工業(yè)區(qū)供水工程供水系統(tǒng)停泵水錘計(jì)算

王繼忠，董傳紅

（1.唐山市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，河北唐山 063000；2.河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

對(duì)不同的進(jìn)、出水池水位組合，三泵兩管運(yùn)行條件下的各種停泵水錘工況進(jìn)行計(jì)算分析，為水錘防護(hù)措施的比較和選擇提供技術(shù)依據(jù)。

供水系統(tǒng)；停泵水錘；選擇

1 工程概況

唐山市曹妃甸工業(yè)區(qū)是實(shí)現(xiàn)首都鋼鐵公司鋼鐵廠搬遷至河北省唐山市的國家重大工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目。該供水工程規(guī)模為年均8200萬m3/a（日均供水22.5萬m3/d），取水水源為陡河水庫，采用1次揚(yáng)水方案。取水泵站位于現(xiàn)有唐山堿廠取水泵站西側(cè)20m處，采用合建式岸邊取水泵房，總裝機(jī)容量3433kW，共安裝立式離心泵4臺(tái)，采用3用1備的運(yùn)行方式。供水工程輸水管線全長99km，采用2條壓力管道輸水。

2 水泵機(jī)組參數(shù)

曹妃甸工業(yè)區(qū)供水工程取水泵站共安裝4臺(tái)RDLV500-790A1型立式離心泵，采用3用1備方式運(yùn)行，其性能參數(shù)為：

水泵額定流量QR=0.95m3/s；

水泵額定揚(yáng)程HR=60m；

水泵額定轉(zhuǎn)速nR=960r/min；

水泵額定效率ηR=0.902；

配套電機(jī)功率ND=800kW；

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=34 kg·m2；

機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=1.1×Jm=1.1×34=37.4 kg·m2；

根據(jù)已有的實(shí)測(cè)水泵全特性資料，采用水泵性能曲線的預(yù)測(cè)方法，可以求得供水工程水泵Suter全特性曲線，如圖1所示。

3 事故停泵水錘計(jì)算

3.1 泵出口閥不關(guān)閉情況

在泵出口閥不關(guān)閉的情況下，各種不同的進(jìn)、出水池水位組合條件下的事故停泵水錘計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 事故停泵水錘計(jì)算結(jié)果（泵出口閥不關(guān)閉）

圖2（a）、（b）、（c）分別為進(jìn)水池水位為平均水位、三泵兩管運(yùn)行條件下，3臺(tái)水泵同時(shí)發(fā)生事故停泵、泵出口閥不關(guān)閉時(shí)的水泵特征量變化過程、沿管線壓力包絡(luò)線和管線各特征點(diǎn)凈壓力水頭的變化過程。

從圖2（a）中看出，在發(fā)生事故停泵后的第2.4s左右，水泵開始倒流，最大倒泄流量為水泵額定流量的1.232倍；在停泵后的第4s左右，水泵開始倒轉(zhuǎn)，最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為水泵額定轉(zhuǎn)速的1.272倍。

從圖2（b）、（c）中看出，發(fā)生事故停泵后，水泵出口至管線最高點(diǎn)之間的管段出現(xiàn)了水柱分離及再彌合現(xiàn)象，形成了一定的壓力升高，泵出口閥后點(diǎn)的最大水錘壓力達(dá)到76.15m，部分管段的最大水錘壓力超過其設(shè)計(jì)工作壓力；由于管線最高點(diǎn)的高程遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于出水池水位，故發(fā)生事故停泵后，該最高點(diǎn)將長時(shí)間處于汽化狀態(tài)；管線最高點(diǎn)下游的管段中無水柱彌合現(xiàn)象及大的水錘壓力出現(xiàn)。

由于事故停泵后，水泵的倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速超過《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》中“水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速1.2倍”的要求，因此，應(yīng)確保停泵后，泵出口閥的可靠關(guān)閉，一方面防止水泵倒轉(zhuǎn)，另一方面減少水量和能量損失。

3.2 泵出口閥關(guān)閉情況

計(jì)算結(jié)果表明，事故停泵后，在泵出口閥不關(guān)閉情況下，水泵開始倒流的時(shí)間為2.4s，擬定泵出口閥的兩階段關(guān)閉程序?yàn)椋嚎礻P(guān)5s/70（°），慢關(guān)20s/20（°）。

在泵出口閥兩階段關(guān)閉的情況下，各種不同的進(jìn)、出水池水位組合條件下的事故停泵水錘計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 事故停泵水錘計(jì)算結(jié)果（泵出口閥兩階段關(guān)閉）

圖3（a）、（b）、（c）分別為進(jìn)水池水位在平均水位、三泵兩管運(yùn)行條件下，3臺(tái)水泵同時(shí)發(fā)生事故停泵、泵出口閥兩階段關(guān)閉（快關(guān)5s/70°，慢關(guān)20s/20°）時(shí)的水泵特征量變化過程、沿管線壓力包絡(luò)線和管線各特征點(diǎn)凈壓力水頭的變化過程。

從圖3（a）中可以看出，由于泵出口閥的關(guān)閉，水泵的最大倒泄流量為水泵額定流量的0.814倍，最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為水泵額定轉(zhuǎn)速的0.996倍，滿足《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

從圖3（b）、（c）中看出，發(fā)生事故停泵后，泵出口閥的關(guān)閉保護(hù)了水泵，減少了水量及能量損失，但加劇了水泵出口至管線最高點(diǎn)之間的水柱分離及其再彌合現(xiàn)象，泵出口閥后點(diǎn)的最大水錘壓力達(dá)到194.95m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過管道的設(shè)計(jì)工作壓力；由于管線最高點(diǎn)的高程遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于出水池水位，該點(diǎn)將長時(shí)間處于汽化狀態(tài)；管線最高點(diǎn)下游的管段中無水柱彌合現(xiàn)象及大的水錘壓力出現(xiàn)。

4 結(jié)語

對(duì)于供水系統(tǒng)來說，事故停泵過渡過程需要解決的主要問題：

（1）水泵出口至管線最高點(diǎn)之間的水柱分離及再彌合問題；

（2）事故停泵后，如何從管線最高點(diǎn)處切斷水流，以消除該點(diǎn)長時(shí)間存在的汽化現(xiàn)象。

不同關(guān)閥速率的計(jì)算結(jié)果表明，僅僅依靠調(diào)整泵出口閥的關(guān)閉程序無法解決上述問題，必須采取別的水錘防護(hù)措施。

［1］馬慶驥.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］姜乃昌.水泵及水泵站［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.

Calculation of Water Supply System Pump-stopping Water Hammer in Caofeidian Industrial Area Water Supply Project

WANG Ji-zhong，DONG Chuan-hong
（1.Water Resources Planning and Design Institute of Tangshan City，Tangshan 063000，China；
2.Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China）

Calculating and analysizing the different inlet,a water level combination and three pump two tube running under the conditions of the various conditions of pump-stopping water hammer,giving the technical support for the water hammer protection measures of comparison and selection.

water supply system;pump-stopping water hammer;selection

TV134

A

1672-9900（2012）03-0087-03

2012-04-14

王繼忠（1971-），男（漢族），河北豐潤人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）0315-2216617。