长距离输水管道内泵机组水锤模拟分析

长距离输水管道内泵机组水锤模拟分析

1u3000水泵运行压力市d净水厂供水能力为7万元3m。通过1和2号加压站将dn0m转移至位于港的水池，并将sn0m长距离输水管道设置为27.1km（见图1）。根据工程建设周期,分近远期供水模式,近期供水是为了尽快解决港区用水需求,先建设输水管道、2#加压泵站、港区水厂,由D水厂直供2#加压泵站,再向港区水厂输水。远期供水为设计输送系统全部建成后,由D水厂经两级加压泵站向港区水厂供水,再由港区水厂向港区生产区和生活区供水。由于港区的实际用水量远小于净水厂水泵的额定供水量,因此净水厂只能间歇供水,且由于高程相差较大,2#泵站水泵需运行压力高于额定压力(55m)方能满足港区清水池进水需求,直至运行压力升到62m时停泵。水泵运行压力远高于额定压力,当因事故突然断电或其他原因而停泵时会产生停泵水锤,威胁管道的安全运行。本文利用BentleyHammerV8i软件,在水泵运行压力高于额定压力这一极端供水条件下,对该市港区引水工程长距离输水管道中停泵水锤进行水力模拟,确定水泵机组事故时管道是否安全,为引水工程投运后的实际运行和供水调度提供技术支持。2复杂泵站管路系统水力过渡过程的分析BentleyHammerV8i是一款主要用于分析复杂泵站管路系统水力过渡过程的软件,可以帮助工程师更好地了解泵站管路系统,以便设计安全、经济的防喘振控制系统。2.1基于模型的数据(1)按水泵流量计算的水泵D水厂有2台水泵(单台泵额定流量2130m3/h、扬程45m),1#加压泵站有4台水泵(3用1备,单台泵额定流量1260m3/h、扬程44m)、清水池2座(每座清水池容积5000m3,长58m×宽24m×高3.6m);2#加压泵站有4台水泵(3用1备,单台泵额定流量1080m3/h、扬程55m)、清水池2座(每座清水池容积5000m3,长58m×宽24m×高3.6m)。且所有水泵出口处均装设有缓闭止回阀,事故时会快速关闭。(2)高数据泵站和输水管道沿线高程参照竣工图。(3)水体特征的曲线生活用水特性曲线根据港区某一天的用水量变化情况进行拟合,如图2所示,其他小区的生活用水变化曲线都采用同一曲线。(4)其他数据管道海曾-威廉系数C统一取值120;输水管道选用K9级球墨铸铁管,承压等级为2.5MPa。2.2水位/两池水泵波总压压反射波水泵突然断电后,机组转数的突然减少将导致流量减少和压力降低,所以在停泵水锤中是先在泵站处产生扬程降低,即在管路首端首先产生压力降,此压力降以波(直接波或初生波)的方式由管路首端向末端的高位水池传播,即降压波F向水池的传播。在高位水池处,初生的降压波会引起升压波(反射波)f,其绝对值与F相同,但符号相反,即f=-F,其传播方向向着泵站。发生停泵水锤时管道压力变化可用式(1)计算: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传播的直接(降压)波总值,m;f(t+xa)f(t+xa)——由管路末端高位水池向管路首端(泵站)传播的反射(升压)波总值,m;H——停泵水锤瞬态过程中水头,m;H0——初始稳态即发生停泵水锤前的水头,m;x——由泵站至管路某处的距离,m;t——由突然停泵算起的时间,s;a——水锤波传播速度,m/s。3锤炼分析过程基于BentleyHammerV8i软件,根据停泵水锤理论对停泵水锤进行模拟分析。根据建设周期,分近期和远期两个供水模式,其中,近期分成2段:D水厂—2#加压泵站、2#加压泵站—港区水厂;远期分成3段:D水厂—1#加压泵站、1#加压泵站—2#加压泵站、2#加压泵站—港区水厂。3.1水泵关闭情况图3为D水厂直供2#加压泵站之间管道的水锤模拟结果,经水力模拟后可得图3b中5条曲线,即①代表管道水锤最大水力坡度线;②代表管道正常时水力坡度线;③代表突然停泵后30s时刻管道内水力坡度线;④代表管道高程;⑤代表管道水锤最低水力坡度线。当D水厂2台水泵同时开启时,拟合出最大可供瞬时流量为890L/s,从图3可以看出,当水泵突然停车时,管道正压最大处总水头为168m,减去该处管道高程92m,水锤正压最大值为76m(0.76MPa),负压最大值为10m(约0.10MPa),在管道可承受压力范围内(2.5MPa)。空气/蒸汽容积为管道内发生水柱分离后非水的容积,尖锐突起处容积较大,从图3可看出距离D水厂17km处对应管道高程上升幅度较大,建议此处安装排气阀。图4为2#加压泵站供给港区水厂时的管道水锤模拟结果。当2#加压泵站3台水泵同时开启时,拟合出最大可供瞬时流量为955L/s,从图4可以看出,若3台水泵同时停车,管道正压最大处总水头为251m,减去该处管道高程114m,管道水锤正压最大值为137m(1.37MPa),负压最大值为10m(0.10MPa),在管道可承受压力范围内(2.5MPa)。3.2管道水锤模拟结果图5为D水厂供给1#加压泵站时的管道水锤模拟结果,当D水厂2台水泵同时开启时,拟合出最大可供瞬时流量为1342L/s,若2台水泵同时停车,管道正压最大处总水头为129m,减去该处管道高程90m,管道水锤正压最大值为39m(0.39MPa),负压最大值为10m(0.10MPa),在管道可承受压力范围内(2.5MPa)。但因1#加压泵站和D水厂地面高程只相差6m,D水厂水泵扬程较高,沿线水头损失过大,造成能量浪费。建议1#加压泵站投入使用后,D水厂2台水泵增设变频器,以便于节能降耗。图6为1#加压泵站供给2#加压泵站时的管道水锤模拟结果,当1#加压泵站3台水泵同时开启时,拟合出最大可供瞬时流量为1116L/s,若