劉海英

摘 要：按水錘成因的外部條件分為啟動(dòng)水錘、關(guān)閥水錘和停泵水錘。其中以停泵水錘危害最大，造成的破壞也最為嚴(yán)重。啟動(dòng)水錘常在壓水管沒充滿水而壓水閥門開啟過(guò)快的啟動(dòng)情況下發(fā)生的。關(guān)閥水錘是關(guān)閉閥門過(guò)程中發(fā)生的水錘現(xiàn)象。停泵水錘是由于泵站工作人員操作失誤、外電網(wǎng)事故跳閘以及自然災(zāi)害（大風(fēng)、雷擊、地震）等原因，致使水泵機(jī)組突然斷電而造成開閥停車時(shí)，在泵站及管路系統(tǒng)中所發(fā)生的水錘現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，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事故。因泵站工作人員操作失誤、外電網(wǎng)事故跳閘以及自然災(zāi)害造成的停泵水錘事故是泵站中最難以預(yù)防的。

關(guān)鍵詞：停泵水錘;軟停車

目前停泵水錘的主要防護(hù)措施有：停泵水錘消除器、緩閉止回閥、調(diào)壓塔等，這些措施大多是針對(duì)水錘發(fā)生后的情況處理，而對(duì)如何提高水泵機(jī)組用電的保障率和從水泵機(jī)組運(yùn)行管理的角度降低停泵水錘強(qiáng)度方面的措施則很少。

1 停泵水錘的預(yù)防措施

1.1 工藝措施

采用不同供電線路的多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行。

根據(jù)水錘現(xiàn)象的定義：在壓力管道中因流速劇烈變化引起動(dòng)量轉(zhuǎn)換，從而在管路中產(chǎn)生一系列急驟的壓力交替的水力撞擊現(xiàn)象。因此，采用不同供電線路的多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行有重大意義：當(dāng)水泵機(jī)組的一路供電線路因故突然停電時(shí)，另一路水泵機(jī)組不受停電的影響正常運(yùn)行。從而減弱了壓力管道中流速的劇烈變化程度，同時(shí)在一定程度上也降低了管路中產(chǎn)生水柱分離和斷流空腔的可能性;筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)雙泵以上并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，一路電停電的可能性較大，同時(shí)兩路電都停的可能性很小，因此，采用不同電路的兩套水泵機(jī)組運(yùn)行，當(dāng)一路停電時(shí)，另一路的水泵機(jī)組仍能正常運(yùn)行，可有效降低水泵機(jī)組因失電造成的管路壓強(qiáng)的波動(dòng)。因此，泵站應(yīng)盡量避免單泵運(yùn)行。

1.2 技術(shù)措施

水泵機(jī)組采用互為備用的雙電源系統(tǒng)。采用該方法的原理很簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單說(shuō)就是“一路常用一路備用”是由一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器和其他必需的電器組成，用于檢測(cè)電源電路，并將一個(gè)或多個(gè)負(fù)載電器從一個(gè)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電源的電器，是一種性能完善、安全可靠、自動(dòng)程度高、使用范圍廣的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。

2 應(yīng)用效果

2.1 不同供電線路多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行效果

北方某市地處平原地帶，其水廠泵站共有8臺(tái)型號(hào)相同的水泵機(jī)組，分別向兩個(gè)不同的區(qū)域供水，供電系統(tǒng)分別采用兩條相互獨(dú)立的供電線路。每臺(tái)泵的額定流量1520 m3/h，額定揚(yáng)程45m，最大供水壓力0.50MPa，最大流量4000m3/h，最小流量2000 m3/h，日變化系數(shù)1.9，白天開4臺(tái)水泵，夜間開2臺(tái)水泵。實(shí)驗(yàn)以同一供水區(qū)域的水泵機(jī)組模擬一路電源突然停電而另一路電源正常運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)白天4臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，突然停止一臺(tái)泵的運(yùn)行，供水壓力由最高供水壓力0.5 MPa迅速降低至0.48MPa，降低幅度4%左右;而夜間2臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)，突然停止一臺(tái)泵的運(yùn)行，供水壓力由0.4MPa降至0.2MPa，降低幅度達(dá)50%。由此可見，水泵并聯(lián)運(yùn)行臺(tái)數(shù)越多停止其中一臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)的壓力與流量的變化幅度越小，由此產(chǎn)生的水錘波強(qiáng)度就越小，水泵所輸出的流量與壓力迅速補(bǔ)充而達(dá)到新的平衡，幾乎不產(chǎn)生斷流空腔，即使有斷流空腔也屬于不完全斷流型空腔，其危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于完全斷流型空腔。

2.2 雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析

在日常生產(chǎn)中，只采用兩條供電系統(tǒng)中的一條時(shí)，由于泵站工作人員操作失誤、外電網(wǎng)事故跳閘以及自然災(zāi)害（大風(fēng)、雷擊、地震）等原因，致使整個(gè)泵站突然斷電的概率較高，但采用雙電源自動(dòng)切換系統(tǒng)后因上述原因造成兩條相互獨(dú)立的供電系統(tǒng)同時(shí)停電的概率將大大降低，從而有效地提高了泵站運(yùn)行及管網(wǎng)的穩(wěn)定性。

3 啟動(dòng)水錘的預(yù)防

啟動(dòng)水錘常在壓水管沒充滿水而壓水閥門開啟過(guò)快的啟動(dòng)情況下發(fā)生。由于在管路中存有充滿空氣的管段，而且水泵的揚(yáng)程和轉(zhuǎn)速又都是變值，所以啟動(dòng)時(shí)，在泵管系統(tǒng)中必然發(fā)生非常劇烈的流速變化和強(qiáng)烈的流體撞擊，從而造成水錘危害。

3.1 軟啟動(dòng)

目前市場(chǎng)上能實(shí)現(xiàn)水泵軟啟動(dòng)的設(shè)備主要是晶閘管電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器和變頻調(diào)速器。晶閘管電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器也被稱為可控硅電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器，它是一種集電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的電動(dòng)機(jī)控制裝置，它不僅解決了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊的問(wèn)題，還可根據(jù)應(yīng)用條件的不同設(shè)置其工作狀態(tài)，有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。

3.2 變頻調(diào)速器軟啟動(dòng)

變頻調(diào)速器具有晶閘管電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的所有功能。使用變頻調(diào)速器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)更方便，水泵管路系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，功能更強(qiáng)大。變頻調(diào)速器軟啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)置方法與晶閘管電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的基本相同。

4 關(guān)閥水錘的預(yù)防

通常按正常操作程序關(guān)閉閥門是不會(huì)引起很大的水錘壓力變化的。如果違反操作程序或管道中的閥板突然脫落等情況出現(xiàn)時(shí)，泵站將會(huì)出現(xiàn)不同程度的水錘，即關(guān)閥水錘。關(guān)閥水錘帶來(lái)的危害是泵站及管網(wǎng)壓力急驟上升，從而造成管網(wǎng)爆裂、設(shè)備損壞等惡性事故。

對(duì)于這類水錘，筆者試圖從下述方法解決：PID控制器+變頻調(diào)速器閉環(huán)控制。PID控制器是根據(jù)PID控制器控制原理對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求相一致。當(dāng)管網(wǎng)突然出現(xiàn)壓力上升的情況時(shí)，PID控制器通過(guò)給定壓力信號(hào)于變頻調(diào)速器，使后者能較快地調(diào)整其輸出頻率，以適應(yīng)管網(wǎng)壓力的變化，使管網(wǎng)壓力逐漸趨于穩(wěn)定。也有的泵站采用在水泵出口處加裝安全閥的措施防止管網(wǎng)壓力突然上升對(duì)泵站造成的破壞。

5 軟停車在水錘預(yù)防中的作用

軟停車根據(jù)水泵使用的啟動(dòng)設(shè)備的不同，可分為晶閘管電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器軟停車和變頻調(diào)速器軟停車兩種。晶閘管電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的工作原理是晶閘管在得到停機(jī)指令后，從全導(dǎo)通逐漸減小導(dǎo)通角，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間過(guò)渡到全關(guān)閉的過(guò)程。變頻調(diào)速器是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到軟停車的效果。

5.1 軟停車的方式

按正常操作程序時(shí)的閉閘停車實(shí)際上是通過(guò)緩慢關(guān)閉出水閥門達(dá)到逐漸減少出水量、降低管網(wǎng)壓力的作用。隨著軟啟動(dòng)器和變頻調(diào)速器的使用，在開閥的情況下，通過(guò)對(duì)軟啟動(dòng)器和變頻調(diào)速器的設(shè)置，也可達(dá)到閉閘停車的效果。這個(gè)過(guò)程一般需要多次調(diào)整才能符合實(shí)際運(yùn)行的要求。

5.2 軟停車的作用

當(dāng)水泵機(jī)組采用軟停車的方式時(shí)，管網(wǎng)的壓力隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)速按照設(shè)定的時(shí)間成比例下降，因此管中水流速度的梯度變化率比“自由停車”小的多，從而降低了管中壓力變化率，減弱水擊強(qiáng)度。由于水泵機(jī)組采用軟停車的方式時(shí)，可以采用開閥停車，因此，可以減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也可以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組的自動(dòng)化。

5.3 軟停車的其他作用

采用開閥啟停泵不但在降低水錘強(qiáng)度、減少對(duì)電機(jī)的沖擊方面有著重要的作用，對(duì)有效發(fā)揮水泵機(jī)組出口管路上的液壓緩閉止回閥的功能也有積極的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

①本文所提的水錘預(yù)防措施均以主動(dòng)預(yù)防為主，其他水錘的防護(hù)措施可參考相關(guān)文獻(xiàn);②盡量?jī)膳_(tái)泵以上并聯(lián)運(yùn)行，如實(shí)際工況采用兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)（或其他原因）而只能單泵運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)泵宜采用雙電源自動(dòng)切換供電系統(tǒng)，以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免因故突然停電時(shí)產(chǎn)生停泵水錘，造成不必要的損失。同時(shí)雙泵及以上并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)泵的出口流量與壓力盡量接近，以達(dá)到最佳的停泵水錘預(yù)防的效果;③一般城市供水泵站都有兩套以上供電系統(tǒng)，但在實(shí)際使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，水泵機(jī)組只使用一條線路的居多，另一條線路只是在主線路檢修時(shí)才啟用。因此當(dāng)泵站供電系統(tǒng)主線路突然停電時(shí)，整個(gè)泵站就會(huì)停運(yùn)，給水廠造成了很大的負(fù)面影響。因此，水泵機(jī)組采用雙電源自動(dòng)切換供電系統(tǒng)將大大提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性;④采用變頻調(diào)速器或軟啟動(dòng)器啟動(dòng)水泵時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好變頻調(diào)速器或軟啟動(dòng)器的其他功能設(shè)置，萬(wàn)不可盲目給水泵機(jī)組送電，否則會(huì)人為造成斷流彌合水錘的現(xiàn)象?、荨伴]閘啟動(dòng)、閉閘停車”是傳統(tǒng)的啟、停離心泵的方式，但隨著軟啟動(dòng)器和變頻調(diào)速器在泵站中的普遍使用，筆者在深入研究軟啟和軟停的基礎(chǔ)上，提出“開閥啟停離心泵”的新方法，該方法已在某水廠泵站得到了成功的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)泵站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。