1、泵站水锤及其防护,一 停泵水锤 1.水锤：在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象，称为水锤(又叫水击)。 2.停泵水锤：指水泵机组因突然失电或其他原因，造成开阀停车时，在水泵及管路中水流速度发生递变而引起的压力递变现象。,一列火车前进过程中，机车突然刹车。,车厢由于惯性继续前进，第一节车厢撞击机车，压缩缓冲弹簧。,第一节车厢停止，第二节车厢撞击第一节车厢，压缩缓冲弹簧。,火车停止。,此时火车是否真的停止了呢？ 不是，这只是一种瞬时状态。弹簧被压缩具有弹性 恢复力，最后一节车厢首先后退。,倒退依次进行，直到第一节车厢倒退。,此时火车除了机车以外，处于倒退状态
2、,此时由于机车静止，当列车退到一定程度以后，第一节车厢的缓冲弹簧受到拉伸，车厢减速并逐渐停止后退，这种情况依次发生，直到最后一节车厢也停止。,此时的车厢比刹车时车厢的位置更靠后，整列车的缓冲弹簧都处于拉伸状态，所以这种静止也是瞬时状态。,于是列车车厢又开始前进，如此反复，直到能量被消耗完毕列车处于静止状态。,3.发生停泵水锤的原因 电力系统或电气设备发生故障 雨天雷电引起突然断电； 泵机组突然发生机械故障； 自动化泵站中由于管理不善或误操作。,4.停泵水锤的主要特点： 突然停电(泵)后，水泵工作特性开始进入水力暂态(过渡)过程，其第一阶段为泵工况阶段 在此阶段中，由于停电主驱动力矩消失，而机组
3、由于惯性作用仍继续正转，但转速降低。机组转速的突然降低导致流量减少和压力降低，先在泵站处产生压力降低。此压力降以波(直接波或初生波)的方式由泵站及管路首端向末端的高位水池传播，并在高位水池处引起升压波(反射波)，此反射波由水池向管路首端及泵站传播。(首先发生减速减压),关阀水锤： 关阀水锤产生的水锤波在管路中的传播、反射与相互作用与停泵水锤完全相同。 它们的区别在于关阀水锤首先发生减速增压。 断电后的最初瞬间，水泵靠惯性继续工作，以逐渐减慢的速度继续向高位水池供水，然后流速逐渐降至零，但这种状态是不稳定的。在重力作用下，管路中的水又开始倒流，速度逐渐增大。后面的技术特点应视压水管路上是否有止回
4、阀而不同。,5.不同水泵系统的停泵水锤 在水泵出口处有止回阀的情况(有阀系统),停泵水锤暂态过程线(a),在水泵压出口有无普通止回阀的比较,泵管路系统中的水柱分离现象和断流(弥合)水锤,水柱分离：管路中某处的压力降到当时水温的饱和蒸气压以下时，水发生汽化，破坏水流连续性，造成水柱分离(又叫水柱拉断)，而在该处形成“空腔段”。 断流(弥合)水锤：当分离开的水柱重新弥合时或“空腔段”重新被水充满时，由于两股水柱间的剧烈碰撞会产生压力很高的“断流(弥合)水锤”。,靠近泵站处压力降较大，而在压水池附近压力降较小。 在ABC的布管方式中最低压力EFR标高恒高于管线标高，即在管路内压力恒大于大气压。 在A
5、BC布管方式中，有很大一段管线标高高于最低压力线标高，即在“12”管段内出现了真空，而最大真空值发生在管路B点。 断流水锤危害性：其升压值比一般水锤的升压要大。断流水锤发生点：图中陡转点B点；在平缓的管路中，正常流速过大，机组惯性又小，突然停电也可能发生水柱分离和断流弥合水锤。,二 停泵水锤防护措施 防止水柱分离 管路布置 调压塔 防止升压过高的措施 设置水锤消除器 设空气缸 采用缓闭阀 取消止回阀,阀门的选择,1 自动保压液控蝶阀 2 水泵控制阀 3静音单向阀,多功能水泵控制阀,水泵启动前，阀门出口端压力作用在主阀板上，阀门处于关闭位置，同时膜片控制器的上腔连通压力水，下腔则与阀门进口端的低
6、压相通。水泵启动后，阀门进口压力逐渐升高，同时压力水通过阀门进口端的连接管缓慢进入膜片控制器下腔，实现主阀板的缓慢开启，开启速度可通过控制阀进行调节。水泵停机，阀门进口的压力降低，当接近零流量时，主阀板在自身重力作用下迅速关闭。因阀门进口端压力降低，阀门出口端的压力水通过连接管进入膜片控制器上腔，下腔水通过阀门进口端的连接管压回至阀门进口端，缓闭阀板缓慢关闭，慢关时间可通过控制阀进行调节。主阀板的速闭和缓闭阀板的缓闭符合两阶段关闭规律，能有效地消除水锤。,给水泵站的节能,一 给水泵站的节能设计 通常情况下泵站是依据流量、扬程及其变化规律来进行设计的，但实际设计过程中我们往往很难掌握这些变化规律
7、。传统的泵站设计方法主要考虑最不利工况点的要求，但对泵站工况的变化适应性较差，造成了能量的极大浪费。 泵站节能设计就是在满足现有规范的条件下，为今后运行中的实际工况的变化，在设计阶段就根据现有的技术经济条件，考虑适当的节能措施，主要包括：泵型的合理选择、调速装置的采用、切削叶轮、管道经济管径的确定、低能耗阀件的采用。 选泵是泵站节能的基础。应建立水泵数据库，存储泵的型号、流量、扬程、轴功率、配用功率、效率、出口口径、转速、气蚀性能、安装尺寸、生产厂家等信息。,流量、扬程,最不利工况点,当泵站工况变化很大时，我们单靠泵的组合很难达到节能的要求，此时就必须采用调速和切削叶轮的方式来运行。 1.给水
8、泵站的运行方式： 水泵全速直联供水方式 送水泵站的加压泵，不通过任何的中间工艺设备直接将清水池的水供给用户，是一种简单、实用、经济的送水方式。 假设泵站水泵为两台（一用一备），最高日最高时水量为Qa，日最低水量为0，水量的变化范围为0Qa，则水泵在全速直联供水方式下的工作状况，如图1所示。,调速和切削叶轮,此方式泵站的供水量调节，是通过改变管道系统的特性曲线来实现的，供水压力随着流量Q在HaHmax间变化。,图1.水泵全速直联供水方式,微机控制水泵变频调速恒压供水方式 微机控制水泵变频调速恒压运行是目前二次加压泵站供水工艺中广泛采用的运行方式。该方式通过改变水泵的转速来满足小区内供水量需求的变
9、化，不仅保持了恒压供水，而且大大降低了泵站的电耗。其工况如图2所示。,2.给水泵站的调速运行 考虑调速装置后的选泵原则 为了适应各种工况变化，宜采用调速泵与定速泵联合运行； 仍以最不利工况作为选泵依据； 在绝大多数情况下，定速泵与调速泵均应工作在高效段内；调速泵一般不宜上调；下调时，其转速不能过低，调速泵的转速一般控制在其额定转速的50以上。 当采用调速装置后，泵站内的泵型号不宜超过两种。调速泵按主力泵考虑，一般均配置两台。,选泵方法： 设一送水泵站，最高日最高时供水量为Q，扬程为Hp，现拟采用变速泵与定速泵联合供水： 选用两台调速泵额定流量为Q1；选用定速泵n台，其额定流量为Q2，泵站在不同
10、工况下的运行情况见下表：,工况，调速泵的最小流量为Qmin，当Qmin较小时，调速泵的最小流量就比较小，此时可辅以闸阀调节。 工况，要求Q1Q2Q1 /2，即Q12Q2。 工况，已经满足调速泵最小流量Q1/2大于等于其额定流量的一半。 工况， 只要满足Q12Q2，恒有Q1Q2/2Q1/2，因此Q12Q2成为选泵的控制条件之一。 2Q1 nQ2 应大于管网最高日最高时流量Q。 通常情况下取Q12Q2。 送水泵站一般实行出口恒压控制，故泵的扬程基本不变，即H=Hp,根据以上论述我们知道选泵的控制条件为：,解方程时，我们可以先给出几个n值，获得相应的几个方案，再结合泵的样本及参数，经技术经济比较后确
11、定最佳方案。如果调速泵与定速泵型号一致泵站在不同工况下的运行情况如下表：,此时选泵的控制条件为：,选泵方法同前，选泵后应校核在各个工况时调速泵与定速泵是否再高校段内，若不在高效段，则应重新选泵。,4.9.2给水泵站的节能运行与改造 1.电动机 正确配套的电机负荷应在0.8以上。负荷率低于0.5应更换 电机绝缘性能降低 电机停机24小时后定子绕组对地绝缘电阻：低压电机小于0.5M，6KV电机小于6M. 绕组的主绝缘明显变脆。,2.水泵： 决定泵是否更新改造的条件是 定期测定泵的性能，主要是QH曲线和Q曲线，若与水泵样本相差很多时应更新改造。 测定泵的性能低于国家规定的标准时应进行更新改造。见表413、414、415、416. 流量变化与季节有明显关系时，不同季节 可以采用不同的叶轮来满足 流量变化的要求。 深井泵：地下水位变化已超出深井泵范围时需要更新改造。,
