摘要： 在污水泵站的系統(tǒng)與功效已斷定的情況下，對(duì)最不利運(yùn)行工況——兩臺(tái)泵同時(shí)停泵時(shí)產(chǎn)生的水錘波進(jìn)行了盤算，并依盤算成果斷定緩閉止回閥的封閉時(shí)間及管道、混凝土構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。　
關(guān)鍵詞： 污水泵站 水錘盤算 緩閉止回閥

中圖分類號(hào)：TU992.25
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)08-0048-02

1　工程概況

　　寧波北侖4#污水泵站位于松花江路與明州路交叉口四周，此泵站在計(jì)劃中的作用是：巖河以西污水系統(tǒng)中通往污水處理廠的一個(gè)中間泵站。但目前位于巖河以西區(qū)域的高塘產(chǎn)業(yè)區(qū)招商引資速度很快，特別是麥芽公司的投產(chǎn)，請(qǐng)求巖河以西排污工程盡快實(shí)行。故將4#污水泵站作為排海泵站來滿足高塘產(chǎn)業(yè)區(qū)的排污請(qǐng)求。本輸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于斷定管道、混雜室的設(shè)計(jì)壓力，而此壓力則終極取決于水錘壓力。
2　設(shè)計(jì)概況
　　該工程的設(shè)計(jì)與施工分成兩個(gè)部分，即：北侖4#污水泵站、4#泵站排海壓力管工程。泵站裝機(jī)6臺(tái)：H=201.88kPa，Q=1660m3/h(4用2備)，目前裝機(jī)3臺(tái)(2用1備)。
　　地下式泵房，壓力管全長(zhǎng)為4060m，DN10000，大泵出口段管徑為DN500。
　　由于壓力管沿途要過河、已建路、海堤等，設(shè)有虹吸、倒虹吸段，故屬于水泵揚(yáng)程大、輸水管線長(zhǎng)、高程變更大的輸水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中極易產(chǎn)生水錘，而該工程又屬于泵站與壓力管線離開設(shè)計(jì)，故沒有進(jìn)行水錘盤算。但從泵站運(yùn)行安全、維修方便角度出發(fā)，在泵出口設(shè)置了緩閉止回閥，在泵站出口設(shè)置了調(diào)壓井，從而下降全部系統(tǒng)的水錘壓力，下降全部系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力，以節(jié)儉土建、設(shè)備投資，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
3　水錘盤算

3.1　水錘類型判別

　　μτ0=aυ0τ0/(2gH0)
　　式中　μ——水管特征常數(shù)，μ＝aυ0/2gH0
　　　　　υ0——閥門全開啟時(shí)的管道流速，m/s
　　　　　a——介質(zhì)的水錘波速(介質(zhì)為水時(shí)，取a=1000 m/s)
　　　　　H0——上、下游水頭差或水泵揚(yáng)程，kPa
　　　　　τ0——無(wú)量綱閥門開度(τ0為起始開度)
　　閥門全開時(shí)，τ0=1.0，每臺(tái)水泵流量Q=1 660m3/h、揚(yáng)程H=201.88 kPa。
　　由于最不利工況為2臺(tái)水泵同時(shí)斷電(目前泵站裝機(jī)3臺(tái),為2用1備)，屆時(shí)管內(nèi)流速v0＝1.174 2 m/s。當(dāng)上、下游水頭差H0=88.10 kPa，則μ=6.657，μτ0＝6.657＞1，屬極限水錘。當(dāng)H0=201.88kPa(水泵揚(yáng)程)，則μ=2.905，μτ0＝2.905＞1，屬極限水錘。
3.2　水錘盤算
　　采用下列公式：
　　　　　Hmax＝(1+hm)H0
　　式中　Hmax——最大水錘壓力，kPa
　　　　　hm——最大水錘壓力相對(duì)值
　　對(duì)于極限水錘，hm＝σ／2+［(σ+（σ2+4)1/2］
　　式中　σ——水管特征常數(shù)，σ＝Lv0gH0Ts
　　　　　L——管道長(zhǎng)度，L=4 160 m
　　　　　Ts——閥門封閉時(shí)間，s
　　水錘盤算成果見表1。

表1　 水錘盤算表　　
　　　水頭　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　封閉時(shí)間
　　　　　　　　　Ts＝10s　　　　　Ts＝20s　　　Ts＝30s　　Ts＝40s　　Ts＝50s　　Ts＝60 s
H0＝88.10 kPa　　σ=4160×1.1742　　σ＝2.769　　　σ＝1.846　σ＝1.385　　σ＝1.108　　σ＝0.923
　　　　　　　　/(9.81×8.99×10)　hm＝8.56　　hm＝4.22　　hm＝2.64　　hm＝1.88　　hm＝1.44
　　　　　　　　=5.539
　　　　　　　　hm=5.539(5.539+　　Hmax＝842.21　Hmax＝459.　Hmax＝320.　Hmax＝253.72 Hmax＝215.01
　　　　　　　(5.5392+4)0.5)/2　　　　　kPa　　91 kPa　　　　　65kPa　　　kPa　　　　　kPa
　　　　　　　　=31.65
　　　　　　　　Hmax=(1+31.65)
　　　　　　　　×88.10=2876.46kPa
H0＝201.88 kPa　σ＝2.417　　　　　　σ＝1.209　σ＝0.805　　σ＝0.604　　σ＝0.483　　　σ＝0.40
　　　　　　　　hm＝6.71　　　　　　hm＝2.14　hm＝1.19　　　hm＝0.81　hm＝0.61　　　hm＝0.49
　　　　　　　　Hmax＝1556.53 kPa Hmax＝633.86 Hmax＝442.07 Hmax＝365.44Hmax＝325.06 Hmax＝300.76
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　kPa　　　　　kPa　　　　　kPa　　　　kPa　　　　　　kPa
3.3　盤算成果分析
　　北侖4#污水泵站采用的HH44X—10型緩閉閥的工作原理如下：
　　在進(jìn)口端介質(zhì)壓力作用下，閥瓣主動(dòng)開啟到位，同時(shí)，液壓缸內(nèi)活塞上升到最高地位，閥門開啟。當(dāng)停泵或介質(zhì)結(jié)束運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥瓣在自重和回水壓力下，首先敏捷封閉到緩閉角地位，然后再慢關(guān)到全閉地位，以達(dá)到既結(jié)束介質(zhì)大批倒流，又防止水錘升壓的目標(biāo)。
　　另外，可旋轉(zhuǎn)緩閉調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)緩閉時(shí)間是非（即可調(diào)節(jié)Ts），順時(shí)針調(diào)節(jié)時(shí)緩閉時(shí)間延伸，逆時(shí)針調(diào)節(jié)時(shí)緩閉時(shí)間縮短。
　　重要性能參數(shù)：
　　　　　公稱壓力：1 MPa
　　　　　介質(zhì)流速：≤5 m/s
　　　　　緩閉角：16°
　　進(jìn)行系統(tǒng)的水錘盤算，目標(biāo)就是找到合適的封閉規(guī)律，斷定閥門封閉時(shí)間(Ts)，從而斷定土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，斷定管道設(shè)計(jì)的工作、實(shí)驗(yàn)壓力等級(jí)，斷定調(diào)壓井的高度等。
　　通過水錘盤算表可以看出：無(wú)論上、下游水頭差，還是水泵機(jī)組的揚(yáng)程，只當(dāng)Ts≥40 s時(shí)，即閥門從全開到全關(guān)要用40 s時(shí)，管道中的水錘值分辨小于320.65 kPa、365.44 kPa。
　　根據(jù)水錘盤算成果，揚(yáng)程H=201.88 kPa、封閉時(shí)間Ts=40 s時(shí)的水錘壓力值應(yīng)選擇較大值，據(jù)此斷定4#泵站排海壓力管工程的設(shè)計(jì)管道及混凝土結(jié)構(gòu)的混雜室內(nèi)部工作壓力為392.0 kPa，實(shí)驗(yàn)壓力為588.00 kPa，從而斷定管材為：泵站出口段、管橋段采用14 mm厚鋼管，壓力管末梢段采用承插接口的預(yù)應(yīng)力混凝土管。

4　結(jié)論

　?、?#泵站調(diào)試期間,建議3臺(tái)機(jī)組上安裝的緩閉閥封閉時(shí)間斷定為Ts≥40 s。
　?、谡＿\(yùn)行期間，禁止2臺(tái)機(jī)組同時(shí)停機(jī)。
　?、哿硗?關(guān)于止回閥的選擇,應(yīng)留心其封閉規(guī)律,最好為二段封閉:第一段在較短時(shí)間內(nèi)閥瓣關(guān)到小開度(本工程選用16°),然后緩閉其余開度。
　　系統(tǒng)運(yùn)行6年來，一直安穩(wěn)正常。