(1)水锤波传播速度及摩阻,见表3。

　　压力主管道水力过渡过程的数值模拟以调整播速法,计算方式上,以偏微分方程下的迭代求解进行检验,以供水泵站工程的相关技术规范为标准进行。根据设计单位提供的压力主管道钢筒混凝土管(PCCP管)的糙率是0.0125,由于水力过渡过程计算中采用摩阻系数,经计算得:钢筒混凝土管的摩阻系数是0.0166。

　　(2)泵出口阀门拒动作(阀门不关闭)工况。本工况反应了当出口阀门在需要关闭时无法正常关闭工况下的水泵特征量,见表4。

　　从表4可以看出,在发生事故停泵后第29.13 s,水泵开始倒流,在发生事故停泵后的第31.63 s,水泵开始倒转,最大倒转转速74 r/min,为额定转速的0.08倍,没有超过《泵站设计规范》要求的“水泵倒转转速不得超过额定转速的1.2倍”的要求,最大压力为195.8 m,为额定压力的2.38倍,不满足《泵站设计规范》“水泵最大压力不得超过额定压力的1.3～1.5倍”的要求。为了保证水泵机组的安全,应采取其他措施以防止泵出口无阀门防护或是当阀门拒动作时,机组的长时间高速倒转,并且应采取合理措施以保证管路安全。

　　(3)泵出口蝶阀优化关闭工况。在选择阀门关闭程序时,以两阶段关闭,快关角度和快关行程,慢关角度和慢关行程来控制管道的压力和水泵机组的倒转转速。计算的最优关阀结果见表5。

　　由计算结果可见,蝶阀有效遏制了水泵机组的倒转现象,但同时也必然加剧了水泵出口的压力升高,二级泵站同型号并联泵同时停泵时泵出口最大压力为稳态时的179.1%,达到147.2 m。最大压力将接近管道压力等级,最小压力也接近汽化压力,应注意加固保护,可以通过安装进排气阀来实现。

　　(4)泵出口蝶阀加排气阀联合防护工况。长输水管路的凸起处在停电和停泵后水压常常降到蒸汽压力以下,引起液体局部汽化产生空泡,出现水柱拉断现象(也就是产生真空),为了保护管路,沿管路凸起处可以设置进排气阀。进排气阀的作用是当阀门处管内压力降低到低于大气压(或预先规定的最小压力)时,阀门打开让空气进入;当管内水压增加到大气压以上时,阀门允许空气逐渐流出。在一般情况下,这种阀门不允许液体漏入大气,在排除管道中的空气时具有自动关闭的功能。下述计算中,所采用的空气阀直径为0.3 m,进气流量系数为0.95,排气流量系数为0.65。

　　据计算机模拟试算,建议安装9个空气阀后该工程可达到安全规范要求,桩号为:23+248;23+927;29+020;30+038;31+736;33+433;34+112;34+452;35+470。计算结果见表6。

　　在装设9个进排气阀后,管路压力符合安全规定。由于工程设计中根据管道压力分布布置了不同压力等级管道,本 计算 对各管段内可能出现的最大压力进行复核计算,均满足要求规范。

　　(6)压力管线压力分布的包络图,见图2。

　　5 研究结论

　　(1)计算结果说明,蝶阀在优化关闭程序后可以有效防止供水机组的倒转现象,在一定程度上可以减小供水系统的水锤压力,从系统安全运行、水锤防护的设备制造及本模拟计算的结果综合考量,说明本供水系统选用蝶阀防护的方案是可行的、合理的。 　　(2)由于泵站工程的机组转动惯量较以往使用的机组转动惯量小10倍之多,水锤压力较大,因此必须研究加强水柱分离的防护措施。

　　(3)泵站工程压力管线设计中采用了一定数量的进排气阀,在很大程度上可以对压力管路的安全起到防护作用,模拟计算说明由于进排气阀的进气和排气作用,整个供水泵站工程在允许的压力范围内偏于安全。

　　(4)鉴于目前排气阀的市场供应和技术水平,对排气阀特作如下建议和说明:输配水管道,尤其是较长距离的输水管道,平稳顺畅地排出管道气体,对管道的安全运行至关重要,事实表明,选用严重技术缺陷的排气阀是造成管道排气不畅,汽水相间运行,许多输水管道大量爆管的主要原因。本模拟计算中,由于各级泵站选用节能的电机产品,转动惯量较小,因此水锤的防护以蝶阀和排气阀联合防护为主要的技术手段,显然排气阀的合理选用非常重要。

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