長距離輸水管道內(nèi)泵機組水錘模擬分析

長距離輸水管道內(nèi)泵機組水錘模擬分析

1u3000水泵運行壓力市d凈水廠供水能力為7萬元3m。通過1和2號加壓站將dn0m轉(zhuǎn)移至位于港的水池，并將sn0m長距離輸水管道設置為27.1km（見圖1）。根據(jù)工程建設周期,分近遠期供水模式,近期供水是為了盡快解決港區(qū)用水需求,先建設輸水管道、2#加壓泵站、港區(qū)水廠,由D水廠直供2#加壓泵站,再向港區(qū)水廠輸水。遠期供水為設計輸送系統(tǒng)全部建成后,由D水廠經(jīng)兩級加壓泵站向港區(qū)水廠供水,再由港區(qū)水廠向港區(qū)生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)供水。由于港區(qū)的實際用水量遠小于凈水廠水泵的額定供水量,因此凈水廠只能間歇供水,且由于高程相差較大,2#泵站水泵需運行壓力高于額定壓力(55m)方能滿足港區(qū)清水池進水需求,直至運行壓力升到62m時停泵。水泵運行壓力遠高于額定壓力,當因事故突然斷電或其他原因而停泵時會產(chǎn)生停泵水錘,威脅管道的安全運行。本文利用BentleyHammerV8i軟件,在水泵運行壓力高于額定壓力這一極端供水條件下,對該市港區(qū)引水工程長距離輸水管道中停泵水錘進行水力模擬,確定水泵機組事故時管道是否安全,為引水工程投運后的實際運行和供水調(diào)度提供技術支持。2復雜泵站管路系統(tǒng)水力過渡過程的分析BentleyHammerV8i是一款主要用于分析復雜泵站管路系統(tǒng)水力過渡過程的軟件,可以幫助工程師更好地了解泵站管路系統(tǒng),以便設計安全、經(jīng)濟的防喘振控制系統(tǒng)。2.1基于模型的數(shù)據(jù)(1)按水泵流量計算的水泵D水廠有2臺水泵(單臺泵額定流量2130m3/h、揚程45m),1#加壓泵站有4臺水泵(3用1備,單臺泵額定流量1260m3/h、揚程44m)、清水池2座(每座清水池容積5000m3,長58m×寬24m×高3.6m);2#加壓泵站有4臺水泵(3用1備,單臺泵額定流量1080m3/h、揚程55m)、清水池2座(每座清水池容積5000m3,長58m×寬24m×高3.6m)。且所有水泵出口處均裝設有緩閉止回閥,事故時會快速關閉。(2)高數(shù)據(jù)泵站和輸水管道沿線高程參照竣工圖。(3)水體特征的曲線生活用水特性曲線根據(jù)港區(qū)某一天的用水量變化情況進行擬合,如圖2所示,其他小區(qū)的生活用水變化曲線都采用同一曲線。(4)其他數(shù)據(jù)管道海曾-威廉系數(shù)C統(tǒng)一取值120;輸水管道選用K9級球墨鑄鐵管,承壓等級為2.5MPa。2.2水位/兩池水泵波總壓壓反射波水泵突然斷電后,機組轉(zhuǎn)數(shù)的突然減少將導致流量減少和壓力降低,所以在停泵水錘中是先在泵站處產(chǎn)生揚程降低,即在管路首端首先產(chǎn)生壓力降,此壓力降以波(直接波或初生波)的方式由管路首端向末端的高位水池傳播,即降壓波F向水池的傳播。在高位水池處,初生的降壓波會引起升壓波(反射波)f,其絕對值與F相同,但符號相反,即f=-F,其傳播方向向著泵站。發(fā)生停泵水錘時管道壓力變化可用式(1)計算:H?H0=F(t?xa)+f(t+xa)(1)Η-Η0=F(t-xa)+f(t+xa)(1)式中F(t?xa)F(t-xa)——由管路首端向末端高位水池傳播的直接(降壓)波總值,m;f(t+xa)f(t+xa)——由管路末端高位水池向管路首端(泵站)傳播的反射(升壓)波總值,m;H——停泵水錘瞬態(tài)過程中水頭,m;H0——初始穩(wěn)態(tài)即發(fā)生停泵水錘前的水頭,m;x——由泵站至管路某處的距離,m;t——由突然停泵算起的時間,s;a——水錘波傳播速度,m/s。3錘煉分析過程基于BentleyHammerV8i軟件,根據(jù)停泵水錘理論對停泵水錘進行模擬分析。根據(jù)建設周期,分近期和遠期兩個供水模式,其中,近期分成2段:D水廠—2#加壓泵站、2#加壓泵站—港區(qū)水廠;遠期分成3段:D水廠—1#加壓泵站、1#加壓泵站—2#加壓泵站、2#加壓泵站—港區(qū)水廠。3.1水泵關閉情況圖3為D水廠直供2#加壓泵站之間管道的水錘模擬結果,經(jīng)水力模擬后可得圖3b中5條曲線,即①代表管道水錘最大水力坡度線;②代表管道正常時水力坡度線;③代表突然停泵后30s時刻管道內(nèi)水力坡度線;④代表管道高程;⑤代表管道水錘最低水力坡度線。當D水廠2臺水泵同時開啟時,擬合出最大可供瞬時流量為890L/s,從圖3可以看出,當水泵突然停車時,管道正壓最大處總水頭為168m,減去該處管道高程92m,水錘正壓最大值為76m(0.76MPa),負壓最大值為10m(約0.10MPa),在管道可承受壓力范圍內(nèi)(2.5MPa)?？諝?蒸汽容積為管道內(nèi)發(fā)生水柱分離后非水的容積,尖銳突起處容積較大,從圖3可看出距離D水廠17km處對應管道高程上升幅度較大,建議此處安裝排氣閥。圖4為2#加壓泵站供給港區(qū)水廠時的管道水錘模擬結果。當2#加壓泵站3臺水泵同時開啟時,擬合出最大可供瞬時流量為955L/s,從圖4可以看出,若3臺水泵同時停車,管道正壓最大處總水頭為251m,減去該處管道高程114m,管道水錘正壓最大值為137m(1.37MPa),負壓最大值為10m(0.10MPa),在管道可承受壓力范圍內(nèi)(2.5MPa)。3.2管道水錘模擬結果圖5為D水廠供給1#加壓泵站時的管道水錘模擬結果,當D水廠2臺水泵同時開啟時,擬合出最大可供瞬時流量為1342L/s,若2臺水泵同時停車,管道正壓最大處總水頭為129m,減去該處管道高程90m,管道水錘正壓最大值為39m(0.39MPa),負壓最大值為10m(0.10MPa),在管道可承受壓力范圍內(nèi)(2.5MPa)。但因1#加壓泵站和D水廠地面高程只相差6m,D水廠水泵揚程較高,沿線水頭損失過大,造成能量浪費。建議1#加壓泵站投入使用后,D水廠2臺水泵增設變頻器,以便于節(jié)能降耗。圖6為1#加壓泵站供給2#加壓泵站時的管道水錘模擬結果,當1#加壓泵站3臺水泵同時開啟時,擬合出最大可供瞬時流量為1116L/s,若