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泵站供水系統(tǒng)水錘防護(hù)措施優(yōu)化

文檔作者：梅紅文檔來(lái)源：浙江水專工程建設(shè)監(jiān)理有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)
J．Zhejiang Wat．Cons＆ Hydr．College
Vo1．24 NO．2
Jun．2012
泵站供水系統(tǒng)水錘防護(hù)措施優(yōu)化
梅 紅
(浙江水專工程建設(shè)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(yùn)行，通過(guò)對(duì)供水系統(tǒng)水錘防護(hù)措施的多方案分析研究，優(yōu)選了溢流式調(diào)壓
塔．調(diào)壓塔緊鄰泵站布置，有利于消減水泵開(kāi)停機(jī)產(chǎn)生的水錘壓力，供水系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠．泵站工程運(yùn)行實(shí)踐驗(yàn)
證了水錘防護(hù)設(shè)計(jì)方案的合理性．
關(guān)鍵詞：泵站；供水系統(tǒng)；水錘防護(hù)；調(diào)壓塔
中圖分類號(hào)：TV136 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)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(jìn)而引起管路壓力的急劇上升或降低，導(dǎo)致了泵站
的水錘，水泵的流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速等參數(shù)也發(fā)生瞬時(shí)
的變化．水錘是泵站三害之一，國(guó)內(nèi)外供水泵站工
程中，有不少實(shí)例都是因?yàn)樗N遭受嚴(yán)重破壞 ，
因此在泵站設(shè)計(jì)中必須認(rèn)真分析研究泵站的水力
過(guò)渡過(guò)程，采取合理可行的水錘防護(hù)措施，確保泵
站供水系統(tǒng)的運(yùn)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(cè)，采用DN3400鋼
管，長(zhǎng)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(jiǎn)介：梅紅(1958一)，女，上海人，高級(jí)工程師．從事水利
水電工程監(jiān)理工作．
北側(cè)，池長(zhǎng)26 m、寬7．5～29 m，池底高程一3．5 11．
泵站主泵房?jī)?nèi)安裝4臺(tái)1800HDC．14抽芯式混流泵
機(jī)組，每臺(tái)泵組設(shè)計(jì)流量為6．5 ITI ／s，揚(yáng)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(shè)置1只液控閥HD7X41X一2．5．輸
水管道位于主泵房北側(cè)，采用單根DN3500鋼筋混
凝土管，長(zhǎng)961 m，中心高程一4．0 ITI，終點(diǎn)分岔通過(guò)
6個(gè)豎向出水口與調(diào)節(jié)水庫(kù)相接．
取水口最低取水位1．8 m，最高取水位6．0 m．
調(diào)節(jié)水庫(kù)設(shè)計(jì)高水位8．93 m，正常蓄水位8．3 1TI，最
低水位5．5 m，調(diào)節(jié)庫(kù)容約960萬(wàn)m ．
泵站液控蝶閥的開(kāi)閥時(shí)間為20～120 S(可
調(diào))；關(guān)閉分兩段，快關(guān)0?！?0。(±10。)時(shí)間2．5～
25 S(可調(diào))，慢關(guān)70。(±10。)～90。，時(shí)間6～90 S
(可調(diào))．泵組主要參數(shù)見(jiàn)表1．
泵站工程位于濱海地區(qū)，為海相和海陸過(guò)渡相
沉積地貌，地面高程5．0～7．0 m．根據(jù)地質(zhì)勘探揭
示，地基土層為多元結(jié)構(gòu)，自上而下依次為素填土、
淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、粉砂、含礫砂粉質(zhì)粘
土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾粉土薄層、
第2期 梅紅：泵站供水系統(tǒng)水錘防護(hù)措施優(yōu)化 45
細(xì)砂、砂礫石等土層，基巖埋藏深60 m 以上．其中
淤泥質(zhì)土屬于高壓縮性低強(qiáng)度的軟弱土層，力學(xué)性
質(zhì)差，細(xì)砂及砂礫石相對(duì)較好，是深基礎(chǔ)(如樁基)
的良好持力層．
表1 水泵電動(dòng)機(jī)組主要參數(shù)表
2 水錘防護(hù)措施優(yōu)選
在工程上常用的水錘防護(hù)措施主要有調(diào)壓塔、
壓力水箱、進(jìn)排氣閥、液控緩閉閥、水錘消除器
等 ．為了確保泵站安全運(yùn)行，結(jié)合本工程實(shí)際情
況，對(duì)壓力水箱、常規(guī)調(diào)壓塔和溢流式調(diào)壓塔三種
水錘防護(hù)措施進(jìn)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(shè)置壓力水箱，水箱
水錘參照氣墊式調(diào)壓室進(jìn)行計(jì)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(tái)水泵逐臺(tái)開(kāi)機(jī)情況，
每臺(tái)水泵開(kāi)機(jī)間隔時(shí)間5 min，開(kāi)機(jī)時(shí)，水箱內(nèi)水位
不斷震蕩，待4臺(tái)機(jī)全部開(kāi)啟后，水位震蕩也會(huì)衰
減，最終穩(wěn)定在正常運(yùn)行的水位；工況KB03和
KB04為4臺(tái)水泵同時(shí)開(kāi)機(jī)情況，屬于誤操作，水錘
壓力水柱最高達(dá)到160 m，7 min后水面震蕩最終也
會(huì)衰減；工況TB01和TB02為4臺(tái)水泵逐臺(tái)關(guān)閉情
況，每臺(tái)水泵關(guān)閉間隔時(shí)間為5 min，關(guān)閉時(shí)，水箱內(nèi)
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(tái)水泵同時(shí)關(guān)閉情況，水箱內(nèi)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(jì)算成果表，圖1為壓力水箱在
TB04工況時(shí)水錘壓力時(shí)程線．
表2 壓力水箱水錘計(jì)算成果表
取水口水位／m 調(diào)節(jié)水庫(kù)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(nèi)最大氣壓／kPa 箱內(nèi)最小氣壓／kPa
注：表中水錘壓力均換算為標(biāo)準(zhǔn)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(shí)程線
2．2 常規(guī)調(diào)壓塔
泵站出水管與輸水管道之間設(shè)置常規(guī)調(diào)壓塔．
調(diào)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(tái)開(kāi)機(jī)，塔內(nèi)水位波動(dòng)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(xué)校學(xué)報(bào) 第24卷
就衰減 ；4臺(tái)水泵同時(shí)開(kāi)機(jī)，屬于誤操作，塔內(nèi)水
位波動(dòng)也只有3 min左右；水泵逐臺(tái)關(guān)機(jī)后，塔內(nèi)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(nèi)水位分別在5．15～5．
90 m和8．55～9．30 m之間震蕩；4臺(tái)水泵同時(shí)關(guān)機(jī)
后，塔內(nèi)水位震蕩不止，水位變幅超過(guò)1．1 m，震蕩
周期4．5 min，TB03和TB04工況塔內(nèi)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(diào)壓塔水錘計(jì)算成果見(jiàn)表3，TB04工況下水
錘壓力時(shí)程線，見(jiàn)圖2．
表3 常規(guī)調(diào)壓塔水錘計(jì)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(diào)壓塔工況TB04水錘壓力時(shí)程線
2．3 溢流式調(diào)壓塔
泵站出水管與輸水管道之間設(shè)置溢流式調(diào)壓
塔．調(diào)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(shè)置溢流堰，堰頂高程
13．3 m，堰長(zhǎng)23 m．
水泵逐臺(tái)開(kāi)機(jī)，不出現(xiàn)溢流，塔內(nèi)水位波動(dòng)與
常規(guī)調(diào)壓塔一致，3 min左右就衰減；4臺(tái)水泵同時(shí)
開(kāi)機(jī)，屬于誤操作，塔內(nèi)水位波動(dòng)也只有3 min左
右；水泵逐臺(tái)關(guān)機(jī)后，塔內(nèi)水位升高直至超過(guò)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(shí)間分別為57 s和84 s；4臺(tái)水泵逐臺(tái)關(guān)機(jī)和同
時(shí)關(guān)機(jī)后，塔內(nèi)水位震蕩不止，未出現(xiàn)溢流，與常規(guī)
調(diào)壓塔一致，溢流式調(diào)壓塔水錘計(jì)算成果見(jiàn)表4．
表4 溢流式調(diào)壓塔水錘計(jì)算成果表
工況 取水口水位／m 調(diào)節(jié)水庫(kù)水位／m 調(diào)壓塔最高水位／m 調(diào)壓塔最低水位／m 調(diào)壓塔持續(xù)水位／m 備注
2．4 水錘防護(hù)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(jié)構(gòu)和輸水管道承壓能力高，需要內(nèi)襯鋼板．水箱
頂高程與原地面基本齊平，可以保持原地面風(fēng)貌，
箱頂進(jìn)行種草植樹(shù)綠化，景觀效果較好．與調(diào)壓塔
相比，壓力水箱停泵水錘震蕩歷時(shí)長(zhǎng)，鋼材用量大，
工程投資較大．
常規(guī)調(diào)壓塔與溢流調(diào)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(jìn)行美觀處理，才能與周邊城市建設(shè)協(xié)調(diào)．結(jié)
合輸水管道頂管施工，調(diào)壓塔采用沉井基礎(chǔ)．溢流
堰下方地面設(shè)置排水溝和護(hù)坦．
經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，泵站工程推薦采用
溢流式調(diào)壓塔作為供水系統(tǒng)水錘防護(hù)措施．
第2期 梅紅：泵站供水系統(tǒng)水錘防護(hù)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(wàn)元
景觀處理費(fèi)用／萬(wàn)元
可比性投資
優(yōu)缺點(diǎn)
結(jié)論
6 93l
638
960
2 33l
10
2 341
水錘壓力大；
關(guān)機(jī)后水面震蕩幅度較大；
水箱承受較大內(nèi)水壓力，需要鋼板內(nèi)襯
砼輸水管道承受內(nèi)壓大，需要鋼板內(nèi)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??；
關(guān)機(jī)后水面震蕩幅度較?。?
地基承載力要求高，需進(jìn)行地基
處理：
出露地面建筑體量較大，需進(jìn)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?。婚_(kāi)機(jī)最高水錘壓力可以
控制；
出露地面建筑體量較大，需進(jìn)行美觀
處理；
關(guān)機(jī)后水面震蕩幅度較?。?
投資成本低．
推薦
3 溢流式調(diào)壓塔設(shè)計(jì)
溢流式調(diào)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(diào)壓塔分為
三格，中間以隔墻相連，以增強(qiáng)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(diào)壓塔下部
采用沉井基礎(chǔ)，沉井平面尺寸與調(diào)壓塔一致，同時(shí)
利于減小地基應(yīng)力．中隔墻上設(shè)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(diào)壓塔遠(yuǎn)離泵房側(cè)塔頂設(shè)溢流堰，堰頂高程
l3．3 1TI，堰長(zhǎng)21．4 ITI．溢流堰下方地面設(shè)置1．0 m×
0．8 m排水溝及時(shí)排除外溢水，同時(shí)采用混凝土護(hù)
坦做好地面防沖保護(hù)．
4 結(jié) 語(yǔ)
緊鄰泵房設(shè)置調(diào)壓塔是非常必要的，可以消減
水泵開(kāi)停機(jī)引起的水錘壓力，保護(hù)泵站供水系統(tǒng)的
安全運(yùn)行．泵站運(yùn)行中應(yīng)避免四臺(tái)水泵同時(shí)開(kāi)機(jī)，
并應(yīng)在計(jì)算機(jī)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(qiáng)供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(guò)壓力
水箱，這種連接結(jié)構(gòu)是不可取的．
泵站工程已經(jīng)于2010年底完工，并經(jīng)試運(yùn)行實(shí)
踐，溢流式調(diào)壓塔和供水系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，與設(shè)
計(jì)工況基本吻合．
參考文獻(xiàn)：
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電力出版社，1984．
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北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1997．
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