水锤事故时缓闭止回阀的选择

水锤事故时缓闭止回阀的选择

1潜水泵房及管道海瑞江北水库取水泵房位于距水库约35公里的云飞江上游。这是一个海岸泵房，设计规模为16.5.14m3/d。泵房内引进国外生产的BF—40—B型自耦安装式潜水泵及与之相关的设备,如:R型微阻缓闭止回阀、低压控制柜、控制仪表等,形成一个具有90年代水平的现代自动化取水泵房。泵房内安装五台BF—40—B型潜水泵,四用一备,该泵流量为2000m3/h,扬程461kPa(47m),每台潜水泵出口管径DN600mm,配置DN600mmR型一阶段缓闭止回阀及D341X—10型手动蝶阀。出水总管DN1200mm,总管设置DN100mm排气阀二只。泵房距隧洞进口1300m,其中水平段1220m,30°坡度至隧洞进口约80m。隧洞底标高42m,截面2.3m×2.3m,长度1396m,设计水位43.42m。泵址洪水位13.98m,常水位3.00m,枯水位2.21m,潜水泵吸入口标高-1.00m。2系统及墙脚段取水泵房在调试运行期间,管路系统不论正常停泵和断电事故情况下均发生水锤,一阶段微阻缓闭止回阀响声大,产生振动力致使泵房内墙脚花岗岩踢脚线大片震落,并对系统设施造成损坏,先后出现以下几种事故:①手动蝶阀阀体拉裂二次;②一阶段微阻缓闭止回阀阻尼油缸固定螺栓剪断三次(每台油缸固定螺栓为M14四只,每次被剪断三只);③一阶段微阻缓闭止回阀复位重锤支撑杆(>24)断裂一次。3事故分析为了解决水锤事故,借助水锤分析数学模型和计算机仿真技术进行理论分析。3.1在同时定义潜水泵连接时的水面平衡方程bsqr[mv1+v1]的计算F1=τ2{CP1-CM-BR1QRv1+HR(α2121+v2121)(A01+A11X1)-BSQR[mv1+(N-m)v2]}-DH0v1|v1|=0crv2+hr-bsqrmv1-bsqr3的计算F2=τ2020{CP2-CM-BR2QRv2+HR(1-v2222)(A02+A12X2)-BSQR[mv1+(N-m)v2]}-DH0v2|v2|=0bs-规1.2.1F3=(α21+v21)[B01+B11(π+αrctgv1α1)]+B01-C31(α01-α2)=0式中N——并联泵台数m——断电泵台数CΡ=ΗR+QR(BR-αRfΔt2gD1A21|QR|)BR=αRgA1CΜ=ΗS+QS(BS-αSfΔt2gD2A22|QS|)BS=αSgA2式中A1、A2、B0、B1——线性插值系数v——泵的瞬态无量纲流量,v=Q/QRα——泵的瞬态无量纲转速,α=n/nRτ——阀的瞬态无量纲开度α0——前一时段泵的无量纲转速β0——前一时段泵的无量纲转距,β0=TO/TRτ0——阀的初始无量纲开度DH0——过阀流量为QR时的阀门水头损失,DH0=ξQ2R/(2gA2v),其中ξ为阀的阻力损失系数,Av为过流面积。模式2:苏-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]这个方程提供了HP和QP之间的关系,可以与水锤特征方程联立求解。3.2关闭过程迅速工况条件下系统内安装的一阶段缓闭止回阀假定阀板受恒力时为匀速关闭,实际运行中随着阀板的关闭其迎水面积逐渐增大,受力亦随之增大,所以关闭过程是由慢逐渐加快的过程,闭合的瞬间速度最快。瞬态过程中,流量QP与无量纲开度τ的关系为:QΡ=Q0√Η0τ√ΔΗ式中τ=(CdAg)/(CdAg)0CdAg——阀流量系数与开启面积之积ΔH——过阀水头损失开启角与无量纲开度之间的关系曲线如图1。3.3潜水泵高压泵关闭①四台潜水泵并联运行,突然全部断电,一阶段微阻缓闭止回阀15s关闭,水锤参数曲线如图2。②一台潜水泵运行突然断电,一阶段微阻缓闭止回阀15s关闭,水锤参数曲线如图3。③四台潜水泵并联运行,突然断电,泵出口配置缓闭止回阀按优化二阶段关闭,水锤参数曲数如图4。3.4水锤力过大造成系统运行破坏由上述水锤计算结果可知,最不利情况是四台潜水泵并联运行同时断电情况下产生的最大水锤力85m水柱(833kPa),而在调试运行中为单台潜水泵运行,水锤力为65m水柱(637kPa),却造成系统设施多处损坏。其主要原因有以下几种:①该型式缓闭止回阀为一阶段工作原理,不适应在该工况条件下工作,起不到消除水锤的作用。②由于管路系统中存在高位隧洞,且高位隧洞容积大。当停泵水锤压力波返回时缓闭止回阀开始关闭动作,由慢变快的过程中高位水压以加速度形成冲击力。③手动蝶阀阀体系铸铁材料,铸铁抗拉强度较差。以现场安装情况看,当发生水锤时,缓闭止回阀阀板受冲击力,对手动蝶阀阀体产生拉力而损坏。4压力和速度下的缓闭断液在系统调试过程中,先后发生的事故作如下处理:①手动蝶阀阀体拉裂的处理。由于缓闭止回阀至蝶阀为钢管法兰联接,钢法兰强度高,用螺杆将缓闭止回阀、手动蝶阀在两端法兰间拉结成一体。当水锤发生时,作用在缓闭止回阀阀板上的冲击力通过螺杆传递到钢法兰上,避免了对蝶阀阀体产生拉力。②消除水锤力。根据二阶段缓闭止回阀的水锤参数曲线和该缓闭止回阀的工作原理,第一阶段为快关时段,在1~3s时间内将阀板从全开状态快速关闭70°;第二阶段为慢关时段,应用缓闭止回阀油缸的阻尼作用,接快速关闭之后用15s左右时间,缓慢地将20°阀板关闭可达到消除水锤力的目的。因此用二阶段缓闭止回阀换下从国外引进的一阶段微阻缓闭止回阀,基本上消除了水锤产生的问题。5水锤事故水锤力检测通过半年来的工作实践和对取水泵房发生水锤事故的系统分析与处理,结论如下:①高位