小舜江輸水泵站液控蝶閥關(guān)閥時間及停泵方式改進

2013-07-10 陳培興浙江紹興市湯浦水庫有限公司

　　大流量高揚程長距離輸水工程供水泵站常采用二階段液控調(diào)節(jié)蝶閥來最大限度降低關(guān)閥水錘。小角度關(guān)閥時間長，加之常規(guī)關(guān)閥停泵的方式，通常會引起機組、管路及閥門較大的振動。從泵站實際特點出發(fā)，盡量縮短關(guān)閥時間，改變常規(guī)關(guān)閥停泵方式，有效減小了振動和噪聲。

1、工程概況

　　紹興市小舜江輸水工程位于紹興市湯浦鎮(zhèn)馮家埭村。水泵輸水系統(tǒng)的進口水庫(湯浦水庫)正常蓄水位為32m，死水位為12m;調(diào)節(jié)水庫(達郭水庫)最高調(diào)節(jié)水位70m，最低調(diào)節(jié)水位65m。工程任務根據(jù)凈水量要求，利用夜間低谷電能從湯浦水庫提水到調(diào)節(jié)水庫(達郭)，經(jīng)調(diào)蓄后，由輸水隧洞全天候連續(xù)向凈化調(diào)節(jié)前池自流輸水。取水隧洞總管全長672.4m，出水隧洞全長3912m，隧洞開挖洞徑4.5m，襯后直徑3.7m，素噴后洞徑為4.3m，錨噴后洞徑為4.2m，未襯段洞徑近似為4.5m，出水隧洞出口位于達郭水庫。泵站共有4臺機組，其技術(shù)參數(shù)如下：水泵型號YJG48-20I，設(shè)計揚程H52.7m(1#、2#水泵)、57.2m(3#水泵)、49.7m(4#水泵)，設(shè)計流量Q5.0m3/s(1#、2#、4#水泵)、5.3m3/s(3#水泵)，額定轉(zhuǎn)速N=500r/min，電機功率P=3500kW，水泵轉(zhuǎn)矩m=5645kgf·m(1kgf=9.8N)，轉(zhuǎn)動慣量GD2=3817kgf·m2，最大幾何揚程58m，此時泵的工作揚程為61m。兩泵并聯(lián)運行時管道阻力參數(shù)K=0.0236s2/m5。

2、泵站特點及現(xiàn)存問題

　　泵站特點：①運行方式：泵站是利用夜間低谷電能運行，每天晚上22：00開泵，到第二天上午8：00關(guān)泵，為“2用2備”。②水泵運行方式一直采用“關(guān)閥啟泵，關(guān)閥停泵”的工作方式，即水泵出口閥完全關(guān)閉后再停泵。③液控閥關(guān)閉規(guī)律：快關(guān)時間為20s，總關(guān)閥時間100s，中間轉(zhuǎn)折開度15°。原關(guān)閥時間是以控制水錘壓力為主要目標，最大內(nèi)水壓力控制值72m，接近于水泵出口額定壓力的1.2倍，滿足“最高壓不超過水泵出口額定壓力的1.5倍”規(guī)范設(shè)計要求，并留有一定安全余量。

　　存在問題：在停泵過程中，水泵及出口閥振動過大，尤其是閥門關(guān)閉至小角度時，振動非常劇烈。而小舜江輸水泵站泵機組頻繁啟停，啟停時激烈的水力振動不可忽略。而原關(guān)閥時間過長，特別小角度關(guān)閥關(guān)閉時間過長，此時閥門水頭損失非常大(開度為15°時水頭損失系數(shù)ξ=200)。泵(特別是高揚程大流量的渦殼泵)，長時間在極小流量運行時振動和噪聲將會成倍增加。運行7年多來，工作閥門多次遭到損壞，泵檢修頻繁。為了解決或減小機組及閥門振動過大的問題，結(jié)合工程實際情況，優(yōu)化工作閥門關(guān)閉規(guī)律，并對失電工況下水力過渡過程進行校核計算分析，以盡量減少水泵出口閥關(guān)閉時間為主要優(yōu)化目標，并在停泵方式上進行改進。

3、停泵方式分析及改進

3.1、分析

3.1.1、關(guān)閥時間

　　提高壓力控制值，來縮短關(guān)閥時間，特別要縮短小角度關(guān)閥時間。最后綜合考慮取最大壓力控制值為91m，首先必須滿足輸水管道的壓力強度要求，同時仍滿足最高壓力不超過水泵出口額定壓力的1.5倍的規(guī)范設(shè)計要求。

3.1.2、停泵方式

　　采用目前使用的“關(guān)閥停泵”的方式，難以解決停泵及關(guān)閥過程中的劇烈水力振動。根據(jù)水泵的工作特性分析：水泵動力中斷之后在慣性作用下繼續(xù)減速旋轉(zhuǎn)，由于水泵的慣性一般比管道水流的慣性大，因而管道流速減小到零繼而開始倒流時，水泵仍繼續(xù)減速正轉(zhuǎn)。只要在泵倒轉(zhuǎn)之前完全關(guān)閉閥門就不會對泵性能造成影響。研究關(guān)閥程序就是要在停泵時保護水泵不致發(fā)生飛逸反轉(zhuǎn)，又能使其在關(guān)閉最后階段實現(xiàn)緩閉，以減少突然關(guān)閉造成的管路中正水錘，達到保護管路的目的。采用在閥門某一小角度時停泵只要確保泵機組不反轉(zhuǎn)，即對泵機組的使用壽命沒有影響，而且可減輕劇烈的水力振動，縮短劇烈振動的時間。結(jié)合泵站實際供水方式，正常停泵每天都在發(fā)生，而事故停泵畢竟是小概率事情，兩者的控制值應有所區(qū)別。即正常停泵時保證水泵不反轉(zhuǎn)，可確保對泵機組使用壽命沒有影響，水錘正壓應留有足夠的安全余量，對輸水管道幾乎沒有影響。事故停泵時不發(fā)生飛逸反轉(zhuǎn)，水錘正壓控制在安全范圍內(nèi)。

3.2、采取的措施

　　(1)快關(guān)時間20s，總關(guān)閥時間45s，中間轉(zhuǎn)折開度15°。經(jīng)計算機模擬計算：2臺水泵(2#與3#)并聯(lián)穩(wěn)定運行，同時失電，出口閥按給定規(guī)律關(guān)閉時，水泵出口最大內(nèi)壓90.8mH2O，最大反轉(zhuǎn)速度307r/min。

　　(2)現(xiàn)水泵停泵方式：當出口閥關(guān)至12°時切斷水泵機組電源，出口閥按以上給定規(guī)律完成關(guān)閉。經(jīng)模擬計算單臺水泵運行，按現(xiàn)停泵方式(3#)水泵出口最大內(nèi)水壓力值(79.25m)，且水泵不發(fā)生反轉(zhuǎn)。經(jīng)模擬計算2臺水泵并聯(lián)運行，按現(xiàn)停泵方式(3#)時最大內(nèi)水壓力值較小，且水泵不發(fā)生反轉(zhuǎn)。

3.3、改造后效果分析

　　(1)振動使用情況分析：原方式閥門從12°到全關(guān)閉需要運行時間為80s，泵及閥門劇烈振動時間為80s�，F(xiàn)方式閥門從12°到全關(guān)閉只需要20s，但泵從12°起劇烈振動幾乎立刻消失，相對原方式閥門劇烈振動時間縮短了60s。

　　(2)改進措施也可達到一定的節(jié)能效果。