小舜江输水泵站液控蝶阀关阀时间及停泵方式改进

2013-07-10 陈培兴浙江绍兴市汤浦水库有限公司

　　大流量高扬程长距离输水工程供水泵站常采用二阶段液控调节蝶阀来最大限度降低关阀水锤。小角度关阀时间长，加之常规关阀停泵的方式，通常会引起机组、管路及阀门较大的振动。从泵站实际特点出发，尽量缩短关阀时间，改变常规关阀停泵方式，有效减小了振动和噪声。

1、工程概况

　　绍兴市小舜江输水工程位于绍兴市汤浦镇冯家埭村。水泵输水系统的进口水库(汤浦水库)正常蓄水位为32m，死水位为12m;调节水库(达郭水库)最高调节水位70m，最低调节水位65m。工程任务根据净水量要求，利用夜间低谷电能从汤浦水库提水到调节水库(达郭)，经调蓄后，由输水隧洞全天候连续向净化调节前池自流输水。取水隧洞总管全长672.4m，出水隧洞全长3912m，隧洞开挖洞径4.5m，衬后直径3.7m，素喷后洞径为4.3m，锚喷后洞径为4.2m，未衬段洞径近似为4.5m，出水隧洞出口位于达郭水库。泵站共有4台机组，其技术参数如下：水泵型号YJG48-20I，设计扬程H52.7m(1#、2#水泵)、57.2m(3#水泵)、49.7m(4#水泵)，设计流量Q5.0m3/s(1#、2#、4#水泵)、5.3m3/s(3#水泵)，额定转速N=500r/min，电机功率P=3500kW，水泵转矩m=5645kgf·m(1kgf=9.8N)，转动惯量GD2=3817kgf·m2，最大几何扬程58m，此时泵的工作扬程为61m。两泵并联运行时管道阻力参数K=0.0236s2/m5。

2、泵站特点及现存问题

　　泵站特点：①运行方式：泵站是利用夜间低谷电能运行，每天晚上22：00开泵，到第二天上午8：00关泵，为“2用2备”。②水泵运行方式一直采用“关阀启泵，关阀停泵”的工作方式，即水泵出口阀完全关闭后再停泵。③液控阀关闭规律：快关时间为20s，总关阀时间100s，中间转折开度15°。原关阀时间是以控制水锤压力为主要目标，最大内水压力控制值72m，接近于水泵出口额定压力的1.2倍，满足“最高压不超过水泵出口额定压力的1.5倍”规范设计要求，并留有一定安全余量。

　　存在问题：在停泵过程中，水泵及出口阀振动过大，尤其是阀门关闭至小角度时，振动非常剧烈。而小舜江输水泵站泵机组频繁启停，启停时激烈的水力振动不可忽略。而原关阀时间过长，特别小角度关阀关闭时间过长，此时阀门水头损失非常大(开度为15°时水头损失系数ξ=200)。泵(特别是高扬程大流量的涡壳泵)，长时间在极小流量运行时振动和噪声将会成倍增加。运行7年多来，工作阀门多次遭到损坏，泵检修频繁。为了解决或减小机组及阀门振动过大的问题，结合工程实际情况，优化工作阀门关闭规律，并对失电工况下水力过渡过程进行校核计算分析，以尽量减少水泵出口阀关闭时间为主要优化目标，并在停泵方式上进行改进。

3、停泵方式分析及改进

3.1、分析

3.1.1、关阀时间

　　提高压力控制值，来缩短关阀时间，特别要缩短小角度关阀时间。最后综合考虑取最大压力控制值为91m，首先必须满足输水管道的压力强度要求，同时仍满足最高压力不超过水泵出口额定压力的1.5倍的规范设计要求。

3.1.2、停泵方式

　　采用目前使用的“关阀停泵”的方式，难以解决停泵及关阀过程中的剧烈水力振动。根据水泵的工作特性分析：水泵动力中断之后在惯性作用下继续减速旋转，由于水泵的惯性一般比管道水流的惯性大，因而管道流速减小到零继而开始倒流时，水泵仍继续减速正转。只要在泵倒转之前完全关闭阀门就不会对泵性能造成影响。研究关阀程序就是要在停泵时保护水泵不致发生飞逸反转，又能使其在关闭最后阶段实现缓闭，以减少突然关闭造成的管路中正水锤，达到保护管路的目的。采用在阀门某一小角度时停泵只要确保泵机组不反转，即对泵机组的使用寿命没有影响，而且可减轻剧烈的水力振动，缩短剧烈振动的时间。结合泵站实际供水方式，正常停泵每天都在发生，而事故停泵毕竟是小概率事情，两者的控制值应有所区别。即正常停泵时保证水泵不反转，可确保对泵机组使用寿命没有影响，水锤正压应留有足够的安全余量，对输水管道几乎没有影响。事故停泵时不发生飞逸反转，水锤正压控制在安全范围内。

3.2、采取的措施

　　(1)快关时间20s，总关阀时间45s，中间转折开度15°。经计算机模拟计算：2台水泵(2#与3#)并联稳定运行，同时失电，出口阀按给定规律关闭时，水泵出口最大内压90.8mH2O，最大反转速度307r/min。

　　(2)现水泵停泵方式：当出口阀关至12°时切断水泵机组电源，出口阀按以上给定规律完成关闭。经模拟计算单台水泵运行，按现停泵方式(3#)水泵出口最大内水压力值(79.25m)，且水泵不发生反转。经模拟计算2台水泵并联运行，按现停泵方式(3#)时最大内水压力值较小，且水泵不发生反转。

3.3、改造后效果分析

　　(1)振动使用情况分析：原方式阀门从12°到全关闭需要运行时间为80s，泵及阀门剧烈振动时间为80s。现方式阀门从12°到全关闭只需要20s，但泵从12°起剧烈振动几乎立刻消失，相对原方式阀门剧烈振动时间缩短了60s。

　　(2)改进措施也可达到一定的节能效果。