深圳玉龙水库引水泵泵口运行工况分析

深圳玉龙水库引水泵泵口运行工况分析

龙口水库引水站位于广东省深圳市龙华市杨沟村，距龙口水库管理机构办公室约4公里。取水口位于东深供水孔1号支洞。抽水站现装有卧式32SA-10C型水泵机组3台,单机容量1250kW,正常运行为两用一备,设计提水流量为2.50m3/s,正常运行日提水量21万m3。龙口水库属小(1)型水库,总库容994万m3,主要水利枢纽由抽水站、南库、北库、连通渠、大坝、副坝组成。主要任务是调节东深引水,保证深圳市龙岗区供水。水库流域面积1.93km2,水库辖管面积2.7km2。泵站装机数为3台。水泵扬程H0=62m,Q为7000m3/h。改造后最大工况为3台投入使用。泵站属地下式泵房,压力管全长为667.05m。主泵出口段管径为DN800。由于压力管道沿途要经过公路,大坝设有虹吸、倒虹吸,排气管口等故属于水泵扬程大,高程变化大的输水系统。这种系统在实际运行中极易发生水锤。该泵站没有设置调压井,从泵站安全运行及维修角度出发在泵口出水处设置了缓闭止回阀,以降低水锤对整个系统的压力,可见缓闭止回阀在整个泵站安全运行中的重要性。而设置缓闭阀的关闭时间也就成为泵站安全运行的重中之重。最低水位▼27.55m高程关系详见图1。1管流流速及最不利工况μτ。=аν。τ。/(2gH。)(1)式中:μ为水管特性常数,μ=аV0/2gH。;v0为阀门全开启时管道流流速,m/s;а为介质的水锤波速(介质为水时,取а=1000m/s);H0为上下游水头差或水泵扬程,kPa;τ0为无量纲阀门开度(τ0为起始开度)。阀门全开时,τ=1.0,每台水泵流量Q=7000m3/h,扬程Hо=607.6kPa。所以最不利工况为3台水泵同时断电(改造后3台机组同时运行)届时管内流流速ν0=3.86m/s。当上下游水头差H=440.51kPa,则μ=4.377,μτ0=4.377>1.5,属极限水锤。当H0=607.6kPa(水泵扬程),则μ=3.173,μτ0=3.173>1.5,属极限水锤。水锤计算公式为:Hmax=(1+hm)H。(2)式中:Hmax为最大水锤压力,kPa;Hm为最大水锤压力相对值。对于极限水锤计算公式为:hm=σ×﹛﹝σ+(σ2+4)1/2﹞/2﹜(3)式中:σ为水管特性常数。σ=LV0/gH0Ts;L为管道长度,L=667.05m;Ts为阀门关闭时间,s。计算成果见表1。假设事故突然停泵,管内液体在t=0内停止流动。管路中的总压力h按下式计算。H=h+Δh=h0+c/g(V1-V2)式中:V1为正常运行时管中水流速度,m/s;V2为阀门关闭后管中水流流速度,m/s;g为重力加速度;c为管路中的衡击波传播速度。弹性薄壁钢管约以1000m/s的速度传播。2为管道厚度,d泵出口钢管选用A3钢,即:Σσp=200MPa(5)式中:p为管内压力,取最大值p=4.3MPa;D为管内直径,D=0.8m;δ为管壁厚度,出口管壁δ=10mm。由第三强度公式pD/2δ≤﹝σ﹞得:δ≥pD/2﹝σ﹞=8.6mm(6)第四强度公式pD/2.3δ≤﹝σ﹞得:δ≥pD/2﹝σ﹞=7.4mm(7)而泵出口管壁δ=10mm>8.6mm可见第三,第四强度公式计算证明在最大水锤压力作用下,泵站出水钢管可以承受最大直接水击压力。3关缓闭断环电液缓闭流量控制设计龙口泵站采用的HD7s41X-10型缓闭阀的工作原理如下。在进口端介质作用下,阀瓣自动开启到位,同时液压缸内活塞上升到最高位置阀门开启。当停泵液压缸内介质回流,阀瓣在自重和水压力下首先迅速关闭到缓闭角位置,然后再慢关到全闭位置,以达到既停止介质大量倒流又防止水锤升高的目的。另外可旋转缓闭调节阀来调节缓闭时间长短(即可调节Ts),顺时针调节缓闭时间延长,逆时针调节缓闭时间缩短。主要性能包括:公称压力为1MPa;介质流速为≤5m/s;缓闭角为30°。进行系统的水锤计算,目的就是找到合适的关闭规律,确定关闭时间(Ts),从而确定水锤对泵站的振动。而关缓闭止回阀的关闭时间从表1中可以看到产生的水锤都在安全压力值范围内。10s时间段产生水水锤较大且不在阀门时间调节范围内故不考虑,在10～60s时间段范围内应取压力值相差不大,关闭时间又较短的。4停机、同时停机1)建议3台机组安装缓闭阀关闭时间确定为10s<Ts≤20s。2)正常运行期间,禁止2台以