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        大型原水管道水錘防護計算分析

        2017-10-19 10:10:34齊利華
        水能經(jīng)濟 2017年6期

        齊利華

        【摘要】珠海洪灣原水系統(tǒng)規(guī)模為80萬m3/d,主要對珠海主城區(qū)和澳門輸送原水。原水系統(tǒng)采用2-DN2000鋼制管道,全長4.6km,并在沿線布置了11座緩閉式止回閥;為保障原水管道安全,采用HAMMER軟件計算分析管道水錘,運行工況為泵站突然斷電,考察系統(tǒng)最大反向流量和水泵最大反轉速。計算結果顯示,當泵站斷電,停泵后系統(tǒng)的水錘壓力不明顯,整個管線多處存在負壓,但最大負壓為-1.53mH2O,不會危害管線的運行安全;最大反轉速沒有超過額定轉速的1.2倍,可考慮在水泵出口可設置普通緩閉式止回閥,管道水錘防護在安全范圍內。

        【關鍵詞】大型輸水管道 水錘計算 HAMMER軟件

        1、項目概況

        洪灣港片區(qū)位于珠海市南灣城區(qū)的西南部,緊鄰洪灣商貿物流中心及、保稅區(qū),與橫琴新區(qū)隔馬騮洲水道相望,是珠海近年來重點開發(fā)建設區(qū)域。

        珠海洪灣原水系統(tǒng)規(guī)模為80萬m3/d,主要對珠海主城區(qū)和澳門輸送原水,現(xiàn)狀以河道形式輸送。隨著洪灣片區(qū)的開發(fā)建設,為保障珠海、澳門兩地原水輸送安全,對原水系統(tǒng)進行改造,改造后原水采用管道形式輸送。

        本工程管道規(guī)模為2-DN2000,全長4.6km,沿線敷設了11座緩閉式排氣閥,為保障原水供應安全,對該段大型輸水管道進行水錘防護計算。

        水錘計算分析是采用HAMMER軟件完成的。HAMMER軟件使用特征線法,可動態(tài)模擬管道全部瞬變流現(xiàn)象,并可模擬多種的水錘保護設備和運行設備的影響。該軟件已在遼西北長距離引水工程、南水北調、引黃工程等國內工程中得到應用。

        2、需要計算運行工況

        水錘按外部成因,可分為啟動水錘、關閥水錘和停泵水錘三種,停泵水錘是由于水泵機組突然斷電而造成開閥停車時,泵站及管路系統(tǒng)中所發(fā)生的水錘現(xiàn)象。事故停泵工況引起的水力過渡過程通常是嚴重的。根據(jù)調查統(tǒng)計,在城市供水及工業(yè)企業(yè)的給水泵站中,大部分水錘事故都屬于停泵水錘。因此本次重點討論停泵水錘。

        遠期規(guī)模80萬m3/d,單根管道過流能力為40m3/d,上游泵站斷電無防護措施,出口閥門拒動工況,考察系統(tǒng)最大反向流量和水泵最大反轉速。

        3、系統(tǒng)參數(shù)確定

        (1)輸水管線采用DN2000的鋼管,壁厚18mm;頂管管道壁厚20mm。

        (2)管道水錘波速取值:經(jīng)水錘計算軟件HAMMER提供的波速計算工具估算得到,采用DN2000鋼管,壁厚18mm,彈性模量207,000MPa,計算波速為1,029.46 m/s;頂管管道壁厚20mm,計算波速為1,057.13 m/s。

        (3)水泵和電機的轉動慣量的估算。經(jīng)水錘計算軟件HAMMER提供的水泵轉動慣量計算工具估算得到。本工程所選用的離心泵的Q=8340m?/h,H=18.0,電機功率取550KW,轉速1480rpm,水泵及電機的轉動慣量總和為32.382 kg.m2。

        (4)管道阻力系數(shù)取值:鋼管n=0.012,管道局部阻力取沿程阻力的30%,折算成海曾威廉系數(shù)C=90。

        (5)水中不含空氣氣泡,不含泥沙。

        (6)有壓系統(tǒng)的水流為一元流,管壁和水體是線彈性的,即應力與應變成比例。

        4、水錘計算分析

        遠期規(guī)模80萬m3/d,單根管道過流能力為40m3/d,廣昌泵站斷電無防護措施,出口閥門拒動工況,考察系統(tǒng)最大反向流量和水泵最大反轉速。

        該工況主要考察水泵的最大反向流量和反轉速,以及管線產(chǎn)生的極限水錘壓力。

        如果無防水錘措施,水泵出口閥門拒動,停泵后系統(tǒng)的水錘壓力不明顯,整個管線多處存在負壓,但最大負壓為-1.53mH2O,不會危害管線的運行安全。反向流量不大,水泵在沒有任何閥門的情況下最大反轉速沒有超過額定轉速的1.2倍。因此,考慮在水泵出口可設置普通緩閉式止回閥。

        5、結論

        (1)由于水錘計算是一個十分復雜的過程,涉及的參數(shù)很多,各水力組件的邊界條件的設定對計算結果均有較大的影響。

        (2)在泵站出水壓力管起端設置微阻液動緩閉止回閥,可有效防護水泵斷電水錘。

        參考文獻:

        [1] 張文勝,孫巍.長距離輸水管道工程設計中的水錘分析及應對策略[J].城鎮(zhèn)供水,2015,NO.3。

        [2] 金錐,姜乃昌,汪興華編著.停泵水錘及其防護[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004。

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