张峰水库七坡泵站供水工程安全运行模式分析研究

摘要

水泵是供水工程的心脏，它为供水工程所输介质提供压能。在供水工程运行过程中，水泵的启、停影响着供水管路和供水系统的安全运行，必须按照规章程序来操作。
　　 正常停泵时，在水泵出口处有蝶阀防护水锤的供水系统中，应先关闭蝶阀，至阀门完全关闭或关至剩余一很小角度(按经验一般小于6°)时，进行水泵断电停泵操作。如果出现事故断电等因素，在蝶阀开启的情况下水泵停机，称为非正常停机。这种情况引起的水锤具有很强的破坏性，严重时可能造成爆管事故。
　　 在非正常停泵水锤防护中，及时并快速地截断管路中的水流，以限制断流速度和机组倒转，防止恶性水锤压力波动是水锤防护的重要手段和目的。人们在多年的理论研究和工程实践中，总结出了采用两阶段缓闭蝶阀调节泵站水锤的模式，该模式能有效控制泵站水锤压力的大小，使其能控制在一个安全、可靠的范围内。快关、慢关的时间和角度是两阶段缓闭阀调节的重要输入因素，能对管内压力产生重大影响。
　　 本论文主要内容包括：
　　 (1)在总结前人研究的基础上，对水锤的计算原理和计算公式进行简单阐述和推导，研究本工程实例中的边界条件，并建立相应的水锤计算模型；
　　 (2)分析计算水泵正常运转时，出水口两阶段缓闭蝶阀流动特性和阻力特性，包括阀门的开度、阻力系数、压力损失、关闭规律以及它们之间的关系；
　　 (3)分析水泵正常运转、出水口两阶段缓闭蝶阀关闭至一定角度时，出水总管内的水流特性和管路特性；以蝶阀关闭至一定角度时水泵停机的时刻为计算时间原点，利用特征线法计算出此时该特殊工况下管路中各断面处的压力和速度随时间的变化，并以此为基础，通过计算机迭代求解，对管路中各个时刻下的压力和流量进行模拟计算，并得出计算结果，以此为依据，提出张峰水库供水系统中蝶阀防护的蝶阀关闭规律；
　　 (4)在上述理论分析和模型建立的基础上，模拟张峰水库供水工程试运行阶段发生事故时的水力过渡过程；
　　 (5)对在正常停机情况下张峰水库供水工程的水力过渡过程进行模拟计算，提出合适的水锤防护措施。并对正常停机情况和试运行时事故工况的模拟计算结果进行对比分析，分析张峰水库供水系统发生管道事故的原因，并提出相应的解决和防护对策；
　　 (6)利用计算机语言VB6.0作为程序的开发语言，连接SQL Server2000数据库，开发出界面简洁、操作简便、功能齐备且性能可靠的泵站水力过渡过程数值模拟系统。
　　 通过本论文的计算分析，取得如下主要成果：
　　 (1)通过对张峰水库七坡泵站供水工程的稳态计算，确定了水泵的工作点和相关水力要素，得出了水泵稳态运行的工作范围，使得水泵能尽量保持在高效区运行。
　　 (2)通过对张峰水库七坡泵站供水工程的水力过渡过程进行模拟计算，提出了水泵出口两阶段缓闭蝶阀合理的关闭规律，使该工程管路中的压力处在一个合理的范围内。
　　 (3)在以上计算结果和相关资料的基础上，通过相关计算和分析，得出张峰水库供水系统发生管道事故的原因如下：①水泵自动化控制程序中的自动停机程序及其控制流程框图存在缺陷；②由于水泵出口液控缓闭蝶阀的生产厂家在没有理论支持和专业指导的情况下，修改了阀门的关闭规律，导致蝶阀失去水锤防护效果，引起管路中内水压力过大。在上述两个因素的综合影响下，造成了管道事故的发生。
　　 通过本论文的分析和研究，得出了张峰水库七坡泵站供水工程发生管道事故的原因，并提出了相应的解决和防护对策，这为今后类似供水工程的设计、施工和运行管理的安全性保障提供了参考。