新型水锤防护阀在晋江第二水厂中的应用

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发布时间:2017年6月17日

     一、晋江第二水厂取水泵站简介


    福建省晋江市市区第二水厂远期规模为20万/d,一期供水规模为10万/d。处理工艺采用加强的常规处理工艺。

    取水泵房土建部分按远期规模一次建成,一期按照10万/d安装设备。一期选用3台型号为600S47A的卧式离心泵,两用一备。600S47A型水泵的技术参数为:

    Q=550~900L/s,H=46~37m,n=970r/min,N=318~380kW。

    每台水泵进水管上安装一台手动蝶阀,出水管上装一台微阻缓闭止回阀和一台电动蝶阀,一台手动蝶阀。输水管线长度2224m,管径DNl000。

    2001年5月份投产试运行后,因配水管网不很完善,水厂日供水4万/d左右,且自动化管理未跟上,造成水泵机组开停频繁,产生较严重的水锤现象,开水泵停机后实测最高压力达1.30MPa,约为正常工作时的供水压力的三倍,远大于规范允许的范围(水锤应小于水泵工作压力1.5倍),且增加了电控装置以及电动头的经常动作,出现故障的机会较大,给系统的安全运行造成了潜在的隐患。

    二、水锤计算分析

    晋江第二水厂取水泵站产生的水锤现象,主要是因为自动化管理的不完善及频繁开停水泵机组形成的停泵水锤。

    《泵站设计规范》中9.3.1规定, "有可能产生水锤危害的泵站,在各设计阶段均应进行停泵水锤计算。在可行性研究阶段允许采用简易图解法计算;在初步设计阶段及施工图阶段宜采用特征线法或其它精度比较高的计算方法进行计算"。

    停泵水锤计算的基本原理是按照弹性水柱理论,建立水锤过程的运动方程和连续方程,这两个方程是双曲线族偏微分方程,通过对方程偏导数并微积分,简化求解得到水锤分析计算的最重要的基础方程,并经变换简化得事故停泵时水泵处的两个边界条件方程式,采用牛顿-莱福逊迭代公式,可以解出γ(实际流量/额定流量)和β(实际转速/额定转速)的近似值。

    经电算,得到四组停泵暂态曲线(停泵暂态曲线是指突然停泵后,流量Q、压头H及转速n和转矩M等随时间变化的曲线),各种工况下水锤峰值见下表。

    序号          基本工况          止回阀运行最大水锤(m)/发生时刻(s)

     1    2台水泵并列运行均匀关闭          19.5s1555.644/20.52

     2    1台水泵运行均匀关闭             19.5s121.295/19.44

     3    2台水泵并列运行均匀关闭          13.5s105.153/16.56

     4    1台水泵运行均匀关闭             9s68.436/13.32

    微阻缓闭止回阀由于其快关构造上的原因,无法达到其设想的两个阶段理想缓闭(快关80%,缓闭20%)。因事故停泵水锤是一个先有负压波,后有正压波的过程。当事故停泵开始时,水泵出口阀处,水流流速减小,压力降低,而由于微阻缓闭阀平衡锤的平衡力和轴侧端的摩擦阻力,使阀板无法关闭或很缓慢的关闭。当水开始倒流后,压力开始升高时,阀板在水的反流冲击力下,迅速关闭到80%以上,然后再完成第二个关闭过程,慢关阶段。

    水锤消除措施有设置双向调压塔、单向调压塔、气压罐、水锤消除器及特定条件下取消止回阀等等,运用时各有其局限和不足,难以普遍应用及推厂。

    三、新型水锤防护阀门解决水锤的应用

    ① 多功能水泵控制阀的简介

    由株洲南方阀门制造有限公司研制并生产的JD745X型多功能水泵控制阀,是一种利用液压原理实现全过程自动操作的新型水力阀门,能够全自动实现离心泵开泵时的缓开,停泵时的缓闭,能有效地防护停泵水锤的产生。该阀门可以同时替代电动阀、止回阀以及水锤消除器,不需要任何人力、电力或油压动力做为阀门的驱动力。

    ⑴ 结构组成

    多功能水泵控制阀由主阀和外装附件组成,主阀是由阀体、膜片、主阀板、缓闭阀板、阀座、阀杆组件等主要部件组成;外装附件由装在阀体外的两根连接管路组成;通过适当调节两根连接管路上的两个手动调节阀,就可以调整多功能水泵控制阀的开启时间和缓闭时间,以实现对水泵运行全自动控制的技术要求。

    ⑵ 工作原理

    多功能水泵控制阀是通过一个双室膜片控制器,利用液压原理来控制主阀板的速闭和缓闭阀板的缓开和缓闭动作,其工作过程如下:

    水泵开启前,阀后的压力水进入双室控制器的上腔,由于膜片控制器的压板面积大于阀板面积,此时阀门处于关闭状态。

    水泵启动后,随着泵口的压力不断上升,水泵的出水一方面产生推动主阀板打开的力,另一方面进入膜片控制器下腔,使膜片向上抬起,而膜片控制器上腔内的水通过外接管路与主阀出水口相连而泄放,这样,多功能水泵控制阀在可控速度下缓缓开启,从而实现水泵的轻载启动。

    当水泵停机后,该阀中的介质流速逐渐降低,当接近于零时,与阀杆滑动配合的主阀板在自身重力的作用下迅速下滑关闭,主阀板上留有泄流孔以减弱水锤冲击力。主阀板关闭后,阀前失压,阀后压力水进入膜片控制器上腔并推动压板使固定在阀杆上的缓闭阀板缓缓关闭,以此消除水锤,防止介质的倒流。

    ⑶ 主要性能参数

    公称压力:1 OMPa、1 6MPa、2 5MPa、4 OMPa

    最低动作压力:O 07MPa

    适用介质:原水、清水、污水、油品

    缓闭时间:3-120s(可调节)

    水锤峰值:≤1.2倍水泵出口额定压力 


    ② 多功能水泵控制阀的选用及安装

    晋江第二水厂取水泵站于2001年8月选用并安装了多功能水泵控制刚。JD745X-1.0(DN600)2台。

    多功能水泵控制阀的安装结构简单、方便,将原止回阀和手动蝶阀拆除,将原电动蝶阀作为检修阀,然后稍加调整安装管即可,在水泵正常工作时,该电动蝶阀为常开状态,由于该电动蝶阀的功能由原来的操作阀变为检修阀,启闭次数大为减少,因此,提高了该阀的使用性能及使用寿命,由于多功能水泵控制阀无须外加动力或附件,所以安装后稍加检查和调试,即可投入使用。

    四、多功能水泵控制阀消除水锤的效果及评价

    取水泵房采用2台DN600多功能水泵控制阀后,运行十分平稳正常,消除了水锤带来的安全隐患,大大提高了安全可靠性。


    ⑴ 水泵启动时,泵口压力显示为0.45MPa - 0.5MPa,然后经过约30s的时间缓慢降到0.39MPa左右,阀前阀后的压力差约在0.01MPa-0.02MPa之间,说明该阀的阻力损失极小。


    ⑵ 水泵停机时,阀门主阀板在零流量时自动关闭,然后缓闭阀板约在40s左右关闭完,阀门出口压力先降到0.26MPa左右,然后上升到0.47MPa的外管最高压力值,最后缓慢降到管网中的自身压力值,压力升高值升幅都非常小,在规范允许的范围之内,说明此种阀门关闭效果很平稳,消除水锤的效果很理想,具有缓开以及速闭、缓闭、吸纳三种消防水锤方式,而且动作完全联锁,不会产生误动作,停泵时阀门没有一点声响、振动,且阀门关闭严密。

    ⑶ 由于此种阀门为全自动依靠水压原理控制,完全按照操作规范自动操作,因此管理、操作非常方便,无须专人管理,大大降低了工人的劳动强度,该阀门结构简单,故障点少,安装、调试都非常方便,基本无须维护与维修。

    通过此次的应用实践,说明JD745X-1.0型多功能水泵控制阀作为一种止回、水泵控制、消除水锤三种功能于一体的新型阀门,无须电气控制,无须外加动力,完全按照水泵操作规程自动启闭,安装简单,管理方便,安全可靠性高,是水泵压力管上阀门选择的一种理想的新型产品,非常适合于给水的自动化控制,为实现泵房及管网的安全运行创造了理想的条件。