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泵站供水系統(tǒng)水錘防護措施優(yōu)化

文檔作者：梅紅文檔來源：浙江水專工程建設監(jiān)理有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年10月14日
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第24卷 第2期
2012年6月
浙江水利水電專科學校學報
J．Zhejiang Wat．Cons＆ Hydr．College
Vo1．24 NO．2
Jun．2012
泵站供水系統(tǒng)水錘防護措施優(yōu)化
梅 紅
(浙江水專工程建設監(jiān)理有限公司，浙江杭州310018)
摘 要：為確保泵站供水系統(tǒng)的安全運行，通過對供水系統(tǒng)水錘防護措施的多方案分析研究，優(yōu)選了溢流式調壓
塔．調壓塔緊鄰泵站布置，有利于消減水泵開停機產生的水錘壓力，供水系統(tǒng)運行安全可靠．泵站工程運行實踐驗
證了水錘防護設計方案的合理性．
關鍵詞：泵站；供水系統(tǒng)；水錘防護；調壓塔
中圖分類號：TV136 文獻標志碼：A 文章編號：1008—536X(2012)02—0044．04
Optimization of W ater Hammer Protection in W ater Supply System for Pump Station
MEI Hong
(Construction Supervision CO．，LTD．，Zhejiang Water Conservancy and Hydropower
College Engineering，Hangzhou 3 1001 8，China)
Abstract：In order to ensure the safe operation of water supply system in pump station，priority scheme of overflow type
surge tank is selected and water hammer protection measures in the water supply system are discussed． The surge tank is
adjacent to the pump station，which would reduce the water hammer pressure of pump starting and ensure the water supply
system safety．The practice operation in pump station also proves the rationality of design scheme．
Key words：pump station；water supply system；water hammer protection；surge tank
0 引 言
供水泵站工程由于水泵的啟動與突然停泵或
控制閥的啟閉，造成管路中水流流速的突然變化，
進而引起管路壓力的急劇上升或降低，導致了泵站
的水錘，水泵的流量、揚程、轉速等參數也發(fā)生瞬時
的變化．水錘是泵站三害之一，國內外供水泵站工
程中，有不少實例都是因為水錘遭受嚴重破壞 ，
因此在泵站設計中必須認真分析研究泵站的水力
過渡過程，采取合理可行的水錘防護措施，確保泵
站供水系統(tǒng)的運行安全．
1 工程概況
江蘇某沿?；痣娬狙h(huán)水泵站工程由取水管
道、前池、泵站、出水池、輸水管道及附屬建筑物等
組成．取水管道布置于泵站南側，采用DN3400鋼
管，長160 in，中心高程一1．5 131．前池位于沿江大堤
收稿日期：2012-03-11
作者簡介：梅紅(1958一)，女，上海人，高級工程師．從事水利
水電工程監(jiān)理工作．
北側，池長26 m、寬7．5～29 m，池底高程一3．5 11．
泵站主泵房內安裝4臺1800HDC．14抽芯式混流泵
機組，每臺泵組設計流量為6．5 ITI ／s，揚程為l0．5 m，
泵組出水管均采用DN1800鋼管，中心高程4．55 m，
每根出水鋼管上設置1只液控閥HD7X41X一2．5．輸
水管道位于主泵房北側，采用單根DN3500鋼筋混
凝土管，長961 m，中心高程一4．0 ITI，終點分岔通過
6個豎向出水口與調節(jié)水庫相接．
取水口最低取水位1．8 m，最高取水位6．0 m．
調節(jié)水庫設計高水位8．93 m，正常蓄水位8．3 1TI，最
低水位5．5 m，調節(jié)庫容約960萬m ．
泵站液控蝶閥的開閥時間為20～120 S(可
調)；關閉分兩段，快關0?！?0。(±10。)時間2．5～
25 S(可調)，慢關70。(±10。)～90。，時間6～90 S
(可調)．泵組主要參數見表1．
泵站工程位于濱海地區(qū)，為海相和海陸過渡相
沉積地貌，地面高程5．0～7．0 m．根據地質勘探揭
示，地基土層為多元結構，自上而下依次為素填土、
淤泥質粉質粘土、粘質粉土、粉砂、含礫砂粉質粘
土、粉土、淤泥質粉質粘土、粉質粘土夾粉土薄層、
第2期 梅紅：泵站供水系統(tǒng)水錘防護措施優(yōu)化 45
細砂、砂礫石等土層，基巖埋藏深60 m 以上．其中
淤泥質土屬于高壓縮性低強度的軟弱土層，力學性
質差，細砂及砂礫石相對較好，是深基礎(如樁基)
的良好持力層．
表1 水泵電動機組主要參數表
2 水錘防護措施優(yōu)選
在工程上常用的水錘防護措施主要有調壓塔、
壓力水箱、進排氣閥、液控緩閉閥、水錘消除器
等 ．為了確保泵站安全運行，結合本工程實際情
況，對壓力水箱、常規(guī)調壓塔和溢流式調壓塔三種
水錘防護措施進行了優(yōu)化比選．
2．1 壓力水箱
泵站出水管與輸水管道之間設置壓力水箱，水箱
水錘參照氣墊式調壓室進行計算 ．壓力水箱平面凈
尺寸為23 m×10 1'13，底高程為一6．9 m，頂高程6．0 m．
工況KB01和KB02為4臺水泵逐臺開機情況，
每臺水泵開機間隔時間5 min，開機時，水箱內水位
不斷震蕩，待4臺機全部開啟后，水位震蕩也會衰
減，最終穩(wěn)定在正常運行的水位；工況KB03和
KB04為4臺水泵同時開機情況，屬于誤操作，水錘
壓力水柱最高達到160 m，7 min后水面震蕩最終也
會衰減；工況TB01和TB02為4臺水泵逐臺關閉情
況，每臺水泵關閉間隔時間為5 min，關閉時，水箱內
水位震蕩不止，震蕩周期約0．5 min，壓力水柱分別在
8．98～2．89 m和16．45—4．23 m之間震蕩；工況
TB03和TB04為4臺水泵同時關閉情況，水箱內水位
震蕩不止，震蕩周期約0．5 min，壓力水柱分別在8．87
～ 3．54 m和13．79～5．91 m之間震蕩 ，表2為各工
況下壓力水箱水錘計算成果表，圖1為壓力水箱在
TB04工況時水錘壓力時程線．
表2 壓力水箱水錘計算成果表
取水口水位／m 調節(jié)水庫水位／m 最大水錘壓力／m 最小水錘壓力／m 持續(xù)水壓力／m 箱內最大氣壓／kPa 箱內最小氣壓／kPa
注：表中水錘壓力均換算為標準大氣壓下水箱水柱高度
55
35
15
200 400 600 800 l 000 1 200 1 400
s
圖1 壓力水箱工況TB04水錘壓力時程線
2．2 常規(guī)調壓塔
泵站出水管與輸水管道之間設置常規(guī)調壓塔．
調壓塔平面凈尺寸為23 m ×10 m，底高程為
一6．9 m，頂高程16．0 m．
水泵逐臺開機，塔內水位波動一般3 min左右
鯽 馴 加∞ 6 2 8 O ． ．
2 3 ∞ ¨
虬 8 8 8 O 1 6 墅一O腳1 2O
46 浙江水利水電?？茖W校學報 第24卷
就衰減 ；4臺水泵同時開機，屬于誤操作，塔內水
位波動也只有3 min左右；水泵逐臺關機后，塔內水
位震蕩不止，水位變幅0．8 m左右，震蕩周期4．5
min，TB01和TB02工況塔內水位分別在5．15～5．
90 m和8．55～9．30 m之間震蕩；4臺水泵同時關機
后，塔內水位震蕩不止，水位變幅超過1．1 m，震蕩
周期4．5 min，TB03和TB04工況塔內水位分別在
4．90～6．63 rn和8．3O～9．46 m之間震蕩，各工況
的常規(guī)調壓塔水錘計算成果見表3，TB04工況下水
錘壓力時程線，見圖2．
表3 常規(guī)調壓塔水錘計算成果表
鑫12
籍s
* 4
200 400 600 800 1 000 l 200 1 400 l 600 l 800
tfs
圖2 常規(guī)調壓塔工況TB04水錘壓力時程線
2．3 溢流式調壓塔
泵站出水管與輸水管道之間設置溢流式調壓
塔．調壓塔平面凈尺寸為23 m ×10 m，底高程為
0．7 m，頂高程14．0 m，塔頂設置溢流堰，堰頂高程
13．3 m，堰長23 m．
水泵逐臺開機，不出現溢流，塔內水位波動與
常規(guī)調壓塔一致，3 min左右就衰減；4臺水泵同時
開機，屬于誤操作，塔內水位波動也只有3 min左
右；水泵逐臺關機后，塔內水位升高直至超過溢流
堰頂后向外溢流，水位很快穩(wěn)定，KB03和KB04工
況最大溢流量分別為16．35 m ／s和18．84 m ／s，溢
流時間分別為57 s和84 s；4臺水泵逐臺關機和同
時關機后，塔內水位震蕩不止，未出現溢流，與常規(guī)
調壓塔一致，溢流式調壓塔水錘計算成果見表4．
表4 溢流式調壓塔水錘計算成果表
工況 取水口水位／m 調節(jié)水庫水位／m 調壓塔最高水位／m 調壓塔最低水位／m 調壓塔持續(xù)水位／m 備注
2．4 水錘防護措施優(yōu)選
壓力水箱方案停泵水錘壓力大，要求水箱頂板
結構和輸水管道承壓能力高，需要內襯鋼板．水箱
頂高程與原地面基本齊平，可以保持原地面風貌，
箱頂進行種草植樹綠化，景觀效果較好．與調壓塔
相比，壓力水箱停泵水錘震蕩歷時長，鋼材用量大，
工程投資較大．
常規(guī)調壓塔與溢流調壓塔方案水錘壓力較小，
但是塔頂高于原地面，外露建筑體量大，建筑立面
需要進行美觀處理，才能與周邊城市建設協調．結
合輸水管道頂管施工，調壓塔采用沉井基礎．溢流
堰下方地面設置排水溝和護坦．
經綜合技術經濟分析比較，泵站工程推薦采用
溢流式調壓塔作為供水系統(tǒng)水錘防護措施．
第2期 梅紅：泵站供水系統(tǒng)水錘防護措施優(yōu)化47
混凝土及鋼筋混凝+／m
鋼筋制作／t
鋼板制作／t
建筑工程投資／萬元
景觀處理費用／萬元
可比性投資
優(yōu)缺點
結論
6 93l
638
960
2 33l
10
2 341
水錘壓力大；
關機后水面震蕩幅度較大；
水箱承受較大內水壓力，需要鋼板內襯
砼輸水管道承受內壓大，需要鋼板內襯
地基承載力要求較低；
景觀效果較好；
投資最大．
不推薦
6 41l
579
269
l 353
85
1 438
水錘壓力較小；
關機后水面震蕩幅度較?。?
地基承載力要求高，需進行地基
處理：
出露地面建筑體量較大，需進行美
觀處理：
投資較省．
不推薦
5 951
530
269
1 260
75
1 335
水錘壓力??；開機最高水錘壓力可以
控制；
出露地面建筑體量較大，需進行美觀
處理；
關機后水面震蕩幅度較??；
投資成本低．
推薦
3 溢流式調壓塔設計
溢流式調壓塔平面總尺寸為24．6 m×11．6 m，
塔頂高程14．0 ITI，底板頂高程一6．9 m．調壓塔分為
三格，中間以隔墻相連，以增強平面框架剛度．為了
滿足出水管與砼輸水管道之間的連接，調壓塔下部
采用沉井基礎，沉井平面尺寸與調壓塔一致，同時
利于減小地基應力．中隔墻上設置四排1．2 m ×
1．0 1TI連通孑L，中心高程分別為一4．5 m、0．5 m、4．5
m和10．0 ITI，每排三孑L，使邊格室和中格室水體整
體升降 ．
調壓塔遠離泵房側塔頂設溢流堰，堰頂高程
l3．3 1TI，堰長21．4 ITI．溢流堰下方地面設置1．0 m×
0．8 m排水溝及時排除外溢水，同時采用混凝土護
坦做好地面防沖保護．
4 結 語
緊鄰泵房設置調壓塔是非常必要的，可以消減
水泵開停機引起的水錘壓力，保護泵站供水系統(tǒng)的
安全運行．泵站運行中應避免四臺水泵同時開機，
并應在計算機監(jiān)控系統(tǒng)作出明確規(guī)定．
如采用氣墊式壓力水箱，水錘壓力大，必須加
強供水系統(tǒng)結構剛度．如果出水管與輸水管道之間
直接采用岔管連接，輸水系統(tǒng)水錘壓力將超過壓力
水箱，這種連接結構是不可取的．
泵站工程已經于2010年底完工，并經試運行實
踐，溢流式調壓塔和供水系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定，與設
計工況基本吻合．
參考文獻：
[1] 丁浩．水電站有壓引水系統(tǒng)非恒定流[M]．北京：中國水利
電力出版社，1984．
[2] 中華人民共和國水利部．GB 50265—2010泵站設計規(guī)范[s]．
北京：中國計劃出版社，1997．
[3] 王文全，張立翔，閆 妍．長距離輸水系統(tǒng)停泵水錘的數值模
擬[J]．農業(yè)機械學報，2010，41(11)：63—66．
[4] 武漢水利電力學院水力學教研室．水力計算手冊[M]．北京：
中國水利電力出版社。2006．
[5] 楊開林，董興林．水電站長輸水道管流氣泡動力特性研究[J]．
水利學報，1998(11)：6—14．

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