水錘事故時(shí)緩閉止回閥的選擇

水錘事故時(shí)緩閉止回閥的選擇

1潛水泵房及管道海瑞江北水庫(kù)取水泵房位于距水庫(kù)約35公里的云飛江上游。這是一個(gè)海岸泵房，設(shè)計(jì)規(guī)模為16.5.14m3/d。泵房?jī)?nèi)引進(jìn)國(guó)外生產(chǎn)的BF—40—B型自耦安裝式潛水泵及與之相關(guān)的設(shè)備,如:R型微阻緩閉止回閥、低壓控制柜、控制儀表等,形成一個(gè)具有90年代水平的現(xiàn)代自動(dòng)化取水泵房。泵房?jī)?nèi)安裝五臺(tái)BF—40—B型潛水泵,四用一備,該泵流量為2000m3/h,揚(yáng)程461kPa(47m),每臺(tái)潛水泵出口管徑DN600mm,配置DN600mmR型一階段緩閉止回閥及D341X—10型手動(dòng)蝶閥。出水總管DN1200mm,總管設(shè)置DN100mm排氣閥二只。泵房距隧洞進(jìn)口1300m,其中水平段1220m,30°坡度至隧洞進(jìn)口約80m。隧洞底標(biāo)高42m,截面2.3m×2.3m,長(zhǎng)度1396m,設(shè)計(jì)水位43.42m。泵址洪水位13.98m,常水位3.00m,枯水位2.21m,潛水泵吸入口標(biāo)高-1.00m。2系統(tǒng)及墻腳段取水泵房在調(diào)試運(yùn)行期間,管路系統(tǒng)不論正常停泵和斷電事故情況下均發(fā)生水錘,一階段微阻緩閉止回閥響聲大,產(chǎn)生振動(dòng)力致使泵房?jī)?nèi)墻腳花崗巖踢腳線大片震落,并對(duì)系統(tǒng)設(shè)施造成損壞,先后出現(xiàn)以下幾種事故:①手動(dòng)蝶閥閥體拉裂二次;②一階段微阻緩閉止回閥阻尼油缸固定螺栓剪斷三次(每臺(tái)油缸固定螺栓為M14四只,每次被剪斷三只);③一階段微阻緩閉止回閥復(fù)位重錘支撐桿(>24)斷裂一次。3事故分析為了解決水錘事故,借助水錘分析數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行理論分析。3.1在同時(shí)定義潛水泵連接時(shí)的水面平衡方程bsqr[mv1+v1]的計(jì)算F1=τ2{CP1-CM-BR1QRv1+HR(α2121+v2121)(A01+A11X1)-BSQR[mv1+(N-m)v2]}-DH0v1|v1|=0crv2+hr-bsqrmv1-bsqr3的計(jì)算F2=τ2020{CP2-CM-BR2QRv2+HR(1-v2222)(A02+A12X2)-BSQR[mv1+(N-m)v2]}-DH0v2|v2|=0bs-規(guī)1.2.1F3=(α21+v21)[B01+B11(π+αrctgv1α1)]+B01-C31(α01-α2)=0式中N——并聯(lián)泵臺(tái)數(shù)m——斷電泵臺(tái)數(shù)CΡ=ΗR+QR(BR-αRfΔt2gD1A21|QR|)BR=αRgA1CΜ=ΗS+QS(BS-αSfΔt2gD2A22|QS|)BS=αSgA2式中A1、A2、B0、B1——線性插值系數(shù)v——泵的瞬態(tài)無(wú)量綱流量,v=Q/QRα——泵的瞬態(tài)無(wú)量綱轉(zhuǎn)速,α=n/nRτ——閥的瞬態(tài)無(wú)量綱開(kāi)度α0——前一時(shí)段泵的無(wú)量綱轉(zhuǎn)速β0——前一時(shí)段泵的無(wú)量綱轉(zhuǎn)距,β0=TO/TRτ0——閥的初始無(wú)量綱開(kāi)度DH0——過(guò)閥流量為QR時(shí)的閥門水頭損失,DH0=ξQ2R/(2gA2v),其中ξ為閥的阻力損失系數(shù),Av為過(guò)流面積。模式2:蘇-bx-f方程[Δα1ΔvΔv2]=[?F1?α1?F1?v1?F1?v2?F2?α1?F2?v1?F2?v2?F3?α1?F3?v1?F3?v2]-1[-F1-F2-F3]這個(gè)方程提供了HP和QP之間的關(guān)系,可以與水錘特征方程聯(lián)立求解。3.2關(guān)閉過(guò)程迅速工況條件下系統(tǒng)內(nèi)安裝的一階段緩閉止回閥假定閥板受恒力時(shí)為勻速關(guān)閉,實(shí)際運(yùn)行中隨著閥板的關(guān)閉其迎水面積逐漸增大,受力亦隨之增大,所以關(guān)閉過(guò)程是由慢逐漸加快的過(guò)程,閉合的瞬間速度最快。瞬態(tài)過(guò)程中,流量QP與無(wú)量綱開(kāi)度τ的關(guān)系為:QΡ=Q0√Η0τ√ΔΗ式中τ=(CdAg)/(CdAg)0CdAg——閥流量系數(shù)與開(kāi)啟面積之積ΔH——過(guò)閥水頭損失開(kāi)啟角與無(wú)量綱開(kāi)度之間的關(guān)系曲線如圖1。3.3潛水泵高壓泵關(guān)閉①四臺(tái)潛水泵并聯(lián)運(yùn)行,突然全部斷電,一階段微阻緩閉止回閥15s關(guān)閉,水錘參數(shù)曲線如圖2。②一臺(tái)潛水泵運(yùn)行突然斷電,一階段微阻緩閉止回閥15s關(guān)閉,水錘參數(shù)曲線如圖3。③四臺(tái)潛水泵并聯(lián)運(yùn)行,突然斷電,泵出口配置緩閉止回閥按優(yōu)化二階段關(guān)閉,水錘參數(shù)曲數(shù)如圖4。3.4水錘力過(guò)大造成系統(tǒng)運(yùn)行破壞由上述水錘計(jì)算結(jié)果可知,最不利情況是四臺(tái)潛水泵并聯(lián)運(yùn)行同時(shí)斷電情況下產(chǎn)生的最大水錘力85m水柱(833kPa),而在調(diào)試運(yùn)行中為單臺(tái)潛水泵運(yùn)行,水錘力為65m水柱(637kPa),卻造成系統(tǒng)設(shè)施多處損壞。其主要原因有以下幾種:①該型式緩閉止回閥為一階段工作原理,不適應(yīng)在該工況條件下工作,起不到消除水錘的作用。②由于管路系統(tǒng)中存在高位隧洞,且高位隧洞容積大。當(dāng)停泵水錘壓力波返回時(shí)緩閉止回閥開(kāi)始關(guān)閉動(dòng)作,由慢變快的過(guò)程中高位水壓以加速度形成沖擊力。③手動(dòng)蝶閥閥體系鑄鐵材料,鑄鐵抗拉強(qiáng)度較差。以現(xiàn)場(chǎng)安裝情況看,當(dāng)發(fā)生水錘時(shí),緩閉止回閥閥板受沖擊力,對(duì)手動(dòng)蝶閥閥體產(chǎn)生拉力而損壞。4壓力和速度下的緩閉斷液在系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中,先后發(fā)生的事故作如下處理:①手動(dòng)蝶閥閥體拉裂的處理。由于緩閉止回閥至蝶閥為鋼管法蘭聯(lián)接,鋼法蘭強(qiáng)度高,用螺桿將緩閉止回閥、手動(dòng)蝶閥在兩端法蘭間拉結(jié)成一體。當(dāng)水錘發(fā)生時(shí),作用在緩閉止回閥閥板上的沖擊力通過(guò)螺桿傳遞到鋼法蘭上,避免了對(duì)蝶閥閥體產(chǎn)生拉力。②消除水錘力。根據(jù)二階段緩閉止回閥的水錘參數(shù)曲線和該緩閉止回閥的工作原理,第一階段為快關(guān)時(shí)段,在1~3s時(shí)間內(nèi)將閥板從全開(kāi)狀態(tài)快速關(guān)閉70°;第二階段為慢關(guān)時(shí)段,應(yīng)用緩閉止回閥油缸的阻尼作用,接快速關(guān)閉之后用15s左右時(shí)間,緩慢地將20°閥板關(guān)閉可達(dá)到消除水錘力的目的。因此用二階段緩閉止回閥換下從國(guó)外引進(jìn)的一階段微阻緩閉止回閥,基本上消除了水錘產(chǎn)生的問(wèn)題。5水錘事故水錘力檢測(cè)通過(guò)半年來(lái)的工作實(shí)踐和對(duì)取水泵房發(fā)生水錘事故的系統(tǒng)分析與處理,結(jié)論如下:①高位