以紹興市小舜江輸水工程為例,從水力振動和防止水錘兩方面進行考慮,研究了小開度停泵方式閥門最佳角度選擇,最終選擇符合實際的關閥角度。

1、工程概況

　　紹興市小舜江輸水工程由取水隧洞、提水泵站、出水隧洞、達郭調節(jié)水庫和輸水隧洞等幾部分組成，利用夜間低谷電能從湯浦水庫提水到調節(jié)水庫———達郭水庫，經調蓄后，全天候連續(xù)向凈水廠提供原水。出水隧洞縱剖面參見圖1，出水隧洞出口位于達郭水庫，泵站共有4臺機組，其技術參數如下：水泵型號：YJG48-20I，設計揚程Hr：52.7m(1#、2#水泵、)、57.2m(3#水泵)、49.7m(4#水泵)，設計流量Qr：5.0m3/s(1#、2#、4#水泵)，5.3m3/s(3#水泵)，額定轉速Nr：500r/min，電機功率Pr：3500kW，水泵轉矩：Mn=5645kgf·m(1kgf=9.8N)，轉動慣量：GD2=3817kgf·m2。2用2備，并聯運行時管道阻力參數K=0.0236s2/m5。最大幾何揚程58m，此時泵的工作揚程為61m。

圖1 出水隧洞縱剖面(單位：m)

　　此類高揚程抽水泵站事故停泵時易發(fā)生水錘，現階段最有效的解決辦法是采用二階段液控緩閉蝶閥降低水錘正壓，防止水泵倒轉。但往往會引起慢關(小角度)時間相對較長、泵及閥門的劇烈水力振動。本工程不應忽略停機及關閥過程中劇烈的水力振動，閥門開度選擇特別重要，過小沒有解決水力振動，過大易引起水泵倒轉，影響泵的使用壽命，因此應該綜合考慮水力振動與水錘的因素。

2、水力振動

　　水泵機組及閥門的振動情況見表1，出口閥θ-ξ(開度-水頭損失系數)關系見表2。

表1 實測振動值情況分析

表2 出口閥θ-ξ關系

　　閥門90°為全開狀態(tài)，水泵機組最大允許振動值≤0.045mm。以上數據表明10°以下振動明顯加強，開度越小，振動值增加越明顯。

　　從表2可知，閥門小于10°時水頭損失系數呈幾何級數增加，局部水力損失加大。

　　綜合上述在出口閥關閉到大于10°時水泵停機，可大幅度降低泵及閥門的振動值與水力損失。

3、水錘方面

　　水泵出口閥中間轉折開度為15°，液控蝶閥分別關至12°、15°、18°時水泵斷電的出口閥關閉規(guī)律優(yōu)化選擇計算見表3。

表3 出口閥關閉規(guī)律優(yōu)化選擇計算

　　注：湯浦水庫水位12m;達郭水庫水位70m。單臺水泵運行，正常停機(3#)�？瞻滋幈硎疚窗l(fā)生反轉。

　　(1)經計算兩臺水泵并聯運行，其中一臺水泵正常停機3#，其水泵出口最大內壓和反轉速度都要小于表3所列的工況。

　　(2)由于水泵抽水揚程越大，斷電后最大反轉速度上升值越大;湯浦水庫水位一定時，調節(jié)水庫水位越高，或調節(jié)水庫水位一定時，湯浦水庫水位越低，水泵斷電后輸水系統中出現的最大內水壓力值越大。因此，在小開度停泵計算中，選擇該進、出口水庫水位組合情況下，為水泵出口閥關閉規(guī)律的優(yōu)化選擇計算的控制情況。

　　(3)考慮到出口閥關閉規(guī)律轉折點開度為15°時，閥門總有效關閉時間較短，且當水泵斷電前，閥門在小開度區(qū)域運行時間較短，水力振動較小，因此，閥門轉折開度選定為15°。

　　(4)正常停機時最大內壓控制值為80m，水泵不反轉;事故停機時(兩臺泵并聯運行同時全失電)最大內壓控制值為91m，水泵失電后的最大反轉速度均小于其額定轉速，不發(fā)生水泵葉輪飛逸破壞事故。

　　由表3可知，水泵在出口閥關至12°時斷電工況，水泵出口最大內壓力較小，在控制值內，而且水泵不發(fā)生反轉，對泵的使用壽命沒有影響，明顯優(yōu)于其他角度。最后選擇快關時間20s、總關閥時間45s，轉折點開度為15°兩段折線關閉規(guī)律，水泵機組在出口閥關閉至12°時水泵斷電停機，這樣可有效改善目前的水力振動現象，又把在正常停機時最大內壓與反轉速度控制到較小或不反轉，而在事故停機時最大內壓與反轉速度滿足控制要求。在湯浦水庫水位12m，達郭水庫水位70情況，3#與2#兩臺泵全失電情況下，閥門在給定規(guī)律下關閉，水泵出口最大內壓為90.8m，最大反轉速度-307r/min。

4、結語

　　類似工程可從水力振動方面初步選定閥門開度范圍，后從液控蝶閥分別關至不同開度時水泵斷電的出口閥關閉規(guī)律進行優(yōu)化選擇，最終選擇最符合實際的閥門開度。需要注意的是，正常停機與事故停機時控制值應有所區(qū)別。