淺淡低揚(yáng)程大型泵站出水流道形式及其斷流方式的選擇-精品文檔

1、淺淡低揚(yáng)程大型泵站出水流道形式及其斷流方式的 選擇引言隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要和機(jī)電設(shè)備生產(chǎn)能力的提高，我國(guó)的泵站工程得到了迅速的發(fā)展。至今，我國(guó)已經(jīng)擁有大型泵站三百余座，機(jī)電排灌事業(yè)的發(fā)展，特別是大型泵站的發(fā)展，在提高了各地抗御自然災(zāi)害的能力，促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速、穩(wěn)定、健康的發(fā)展的同時(shí)，也使得我們認(rèn)識(shí)到，在技術(shù)水平、工程質(zhì)量、工程管理以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)方面與國(guó)外先進(jìn)水平還有著一定的差距。 總結(jié)國(guó)內(nèi)外泵站工程的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可知，泵站工程對(duì)高效節(jié)能的要求越來(lái)越高。低揚(yáng)程大型泵站泵裝置效率目前， 各水泵設(shè)計(jì)研究單位一般比較注重水泵泵段性能，將主要的精力都用于如何提高泵段效率上，為了提高1%的水泵效率，

2、 往往需付出極大的努力，而市面上各生產(chǎn)廠家在水泵產(chǎn)品性能樣本及使用說(shuō)明上標(biāo)明并向用戶(hù)保證的也僅僅是泵段效率。因此， 水泵設(shè)計(jì)制造的目標(biāo)與用戶(hù)的要求是有所不同的，用戶(hù)要求的是包括進(jìn)出水流（管）道在內(nèi)的泵裝置效率。經(jīng)過(guò)多年大型泵站的建設(shè)、應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)以及科研成果表明，由于出水流道一般為漸擴(kuò)彎管，且長(zhǎng)度較大，就水力損失而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)水流道。特別當(dāng)水泵揚(yáng)程較低時(shí)，出水流道水力損失占泵揚(yáng)程比例一般為10%15%，而泵揚(yáng)程特別低時(shí)會(huì)超過(guò)20%。因此，低揚(yáng)程大型泵站在設(shè)計(jì)過(guò)程中合理的進(jìn)行出水流道形式選擇，對(duì)于改善出水流態(tài)，減小出水水力損失，提高泵裝置效率有很大的意義。出水流道的形式大型水泵出水流道是指從水泵

3、導(dǎo)葉出口到出水池之間的過(guò)流通道。 在目前國(guó)內(nèi)已建成的工程中，出水流道常采用漸擴(kuò)且由圓漸方斷面，以減小水流流速，從而達(dá)到減小流動(dòng)水力損失的目的。出水流道的前段為出水室，一般常見(jiàn)的有彎管出水室和蝸殼出水室，后段通常稱(chēng)為出水流道，其形式有虹吸式、平直管式、屈膝式、貓背式、斜式以及雙向出水式等。其中，目前工程實(shí)例中最常用的有虹吸式及平直管式兩種。虹吸式出水流道一般由上升段、駝峰段、 下降段和出口段組成，一般采用彎管出水室與其相連。直管式出水流道進(jìn)口接彎管出水室或蝸殼出水室，縱向沿水平、 向上或向下傾斜布置至出水池，其出口上緣需淹沒(méi)在出水池最低運(yùn)行水位以下約0.3m0.5m。出水流道的斷流方式泵站機(jī)組停

4、機(jī)，特別是事故停機(jī)時(shí)，必須有可靠的斷流措施，使倒流不能發(fā)生，以保證機(jī)組能及時(shí)停穩(wěn)，防止飛逸事故，確保機(jī)組的安全。泵站的斷流方式應(yīng)根據(jù)出水池水位變化幅度、泵站揚(yáng)程、機(jī)組特性等因素，并結(jié)合出水流道的選擇并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。斷流方式應(yīng)符合以下要求：運(yùn)行可靠；設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活；維護(hù)方便；對(duì)機(jī)組效率影響較小。常見(jiàn)的大型泵站斷流方式有真空破壞閥、拍門(mén)和快速閘門(mén)三種。真空破壞閥斷流真空破壞閥僅用于虹吸式出水流道。虹吸式出水流道的駝峰段在運(yùn)行過(guò)程中為負(fù)壓，因此， 機(jī)組停機(jī)時(shí)只要將安裝在駝峰頂部的真空破壞閥打開(kāi)，放入空氣使真空破壞，就可迅速切斷水流，防止出水池水流倒灌。拍門(mén)斷流拍門(mén)是一種單向閥，其頂部采用鉸

5、鏈與門(mén)座相連，傾斜5° 10°布置。當(dāng)水泵起動(dòng)后，在水流沖力作用下，拍門(mén)自動(dòng)打開(kāi)；停機(jī)時(shí)，借自重和倒流水壓力的作用自動(dòng)關(guān)閉，截?cái)嗨鳌Ｄ壳肮こ讨谐Ｓ玫挠兄亓κ脚拈T(mén)、浮箱式拍門(mén)、液壓拍門(mén)以及側(cè)翻式拍門(mén)等。快速跌落閘門(mén)斷流快速跌落閘門(mén)是安裝在泵站出水流道末端與出水池相接處，能在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)迅速開(kāi)啟和正?；蚴鹿释r(shí)迅速關(guān)閉以防止倒流的閘門(mén)。常采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)或帶鎖定釋放裝置的快速卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)作為啟閉裝置。出水流道形式及斷流方式的比較出水流道型式比較大型泵站的出水流道的形式，常見(jiàn)的有虹吸式和直管式兩種。泵型比較根據(jù)國(guó)內(nèi)已建成的工程實(shí)例分析可知，適合立式泵的出水流道形式有虹吸式、直管式等

6、；適合臥式泵的出水流道形式有直管 式等。出水池水位比較根據(jù)實(shí)際工程出水池水位變幅情況， 各形式出水流道有著不 同的適應(yīng)性。虹吸式出水流道對(duì)出水池水位變幅適應(yīng)性最差，根據(jù)虹吸形成原理，出水池最高工作水位不得高于出水流道的駝峰底部，且由于駝峰真空值的要求，其相對(duì)于出水池最低運(yùn)行水位高度也有 限制。直管式出水流道適用于出水池最低工作水位相對(duì)于葉輪中 心高程較高的泵站。水頭損失虹吸式出水流道各斷面逐漸過(guò)渡，由于采用真空破壞閥斷流，出口斷面不受閘門(mén)或拍門(mén)等斷流設(shè)施的限制，因而流道出口無(wú)閘門(mén)或拍門(mén)局部損失，但由于流道較長(zhǎng)，彎道較多，使得沿程 損失及彎管局部損失增大， 故流道總水頭損失較大；而直管式出 水流

7、道則與之相反。工程投資虹吸式出水流道斷面形狀變化復(fù)雜， 施工困難，模板消耗量較大，尤其是堤后式虹吸式塊基型泵站，在斜坡上澆筑混凝土流 道，施工難度較大，且質(zhì)量也難以保證；而直管式流道斷面開(kāi)狀 較為簡(jiǎn)單，便于施工，施工質(zhì)量也較易得到保證。斷流方式比較水頭損失采用真空破壞閥斷流的虹吸式出水流道出口局部水頭損失 最小，但沿程損失較大；而直管式出水流道則相反。可靠性采用真空破壞閥，斷流設(shè)施操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)迅速，安全可靠, 且維修工作量?。徊捎每焖匍l門(mén)或拍門(mén)斷流， 其結(jié)構(gòu)及相應(yīng)附屬 設(shè)備比較復(fù)雜，且突然斷電情況下可能產(chǎn)生沖擊力， 在運(yùn)行可靠 性上不如真空破壞閥，特別是拍門(mén)長(zhǎng)期浸沒(méi)在水下， 受出水沖擊 力影

8、響，門(mén)較容易因銹蝕和疲勞而損壞，導(dǎo)致拍門(mén)掉落，造成停 機(jī)倒流，危脅機(jī)組的安全。投資采用快速閘門(mén)或拍門(mén)進(jìn)行斷流， 其斷流設(shè)備隨著機(jī)組增大而 復(fù)雜，尺寸增大，金屬材料消耗增多，且快速閘門(mén)一般需與液壓 啟閉機(jī)相配使用，設(shè)備投資相對(duì)來(lái)說(shuō)較大。工程實(shí)例蚌埠市天河泵站工程是安徽省世界銀行貸款蚌埠綜合環(huán)境 整治水利項(xiàng)目之一。天河泵站為單排澇泵站， 位于天河穿越淮干天河封閉堤的控制建筑物天河閘附近。其主要作用為，在天河水受淮河高水位頂托不能自排時(shí)，利用水力機(jī)械提水外排，從而保證天河在防洪庫(kù)容減小的情況下，流域內(nèi)的防洪除澇安全。泵站設(shè)計(jì)流量55.0m3/s ,特征凈揚(yáng)程介于3.72m6.07m之間，屬于低揚(yáng)程、

9、大流量排水泵站。該泵站規(guī)劃參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)泵站設(shè)計(jì)參數(shù)的特點(diǎn)，考慮該泵站為重要的排澇泵站，機(jī)組在具有較好的裝置性能的同時(shí)，排澇期間機(jī)組運(yùn)行的可靠性應(yīng)放在首位。 根據(jù)泵站設(shè)計(jì)參數(shù)特點(diǎn)及要求，選擇了立式軸流泵作為本站主泵型。表 1 天河排澇站設(shè)計(jì)參數(shù)表根據(jù)立式軸流泵的安裝特點(diǎn)以及天河站的進(jìn)出水池水位變幅情況，適合的出水流道型式有虹吸式、直管式等。雖然大型立式軸流泵一般推薦采用虹吸式出水流道及真空破壞閥的斷流方式，以保證泵站停機(jī)斷流的可靠性，但是，考慮到天河泵站出水池最高運(yùn)行水位（ 23.57m） 與最低運(yùn)行水位（ 18.70m） 相差 4.87m，若采用虹吸式出水流道，駝峰底高程需高于 23.57

10、m,而出口需 淹沒(méi)在18.70m以下，從機(jī)組運(yùn)行、工程投資以及施工難度方面，相對(duì)來(lái)說(shuō)都是較為不合理的。近年來(lái)， 實(shí)際生產(chǎn)中所掌握的各種斷流設(shè)備的特性和設(shè)計(jì)方法， 也使得直管式出水流道也被廣泛應(yīng)用于安裝大型立式軸流泵的工程當(dāng)中。因此，天河泵站最終確定選用肘形進(jìn)水流道、彎管出水室、直管式出水流道接明池的進(jìn)、出水形式。在初擬了水泵裝置單線圖后，為了得到更好的水力性能，減小流道內(nèi)水力損失，特委托揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院對(duì)天河泵站的進(jìn)、出水流道進(jìn)行了三維流動(dòng)數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。優(yōu)化后， 肘形進(jìn)水流道流態(tài)平順均勻，流道內(nèi)無(wú)引發(fā)渦帶的旋渦流動(dòng)，進(jìn)水流態(tài)可保證水泵安全、高效的運(yùn)行；出水流道偏流和回流不大，水力性能良好，出水流態(tài)平順，基本消除了旋渦等不良流態(tài)，水力損失較小?？偨Y(jié)從大型泵站設(shè)計(jì)角度考慮，雖然出水流道相較進(jìn)水流道僅是一定形狀、尺寸的輸水通道。但是，低揚(yáng)程泵因?yàn)榱髁枯^大，流道布置空間受限，容易造成不必要且相對(duì)于提水揚(yáng)程比重很大的水力損失。因此，低揚(yáng)程泵站的出水流道應(yīng)與泵結(jié)構(gòu)相適配，以形成先進(jìn)、合理的泵裝置型式，其相應(yīng)的斷流方式也應(yīng)結(jié)合泵站具體情況、機(jī)組特性等，從安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性等因素的角度進(jìn)行綜合比較，選擇最合適的斷流方式。參考資料：1 水泵及水泵站（第三版）. 武漢大學(xué)劉竹溪 劉景植主編 . 中國(guó)水利水電出版社.20