曹妃甸工业区供水工程供水系统停泵水锤计算

王继忠，董传红

（1.唐山市水利规划设计研究院，河北唐山 063000；2.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

曹妃甸工业区供水工程供水系统停泵水锤计算

王继忠，董传红

（1.唐山市水利规划设计研究院，河北唐山 063000；2.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

对不同的进、出水池水位组合，三泵两管运行条件下的各种停泵水锤工况进行计算分析，为水锤防护措施的比较和选择提供技术依据。

供水系统；停泵水锤；选择

1 工程概况

唐山市曹妃甸工业区是实现首都钢铁公司钢铁厂搬迁至河北省唐山市的国家重大工业建设项目。该供水工程规模为年均8200万m3/a（日均供水22.5万m3/d），取水水源为陡河水库，采用1次扬水方案。取水泵站位于现有唐山碱厂取水泵站西侧20m处，采用合建式岸边取水泵房，总装机容量3433kW，共安装立式离心泵4台，采用3用1备的运行方式。供水工程输水管线全长99km，采用2条压力管道输水。

2 水泵机组参数

曹妃甸工业区供水工程取水泵站共安装4台RDLV500-790A1型立式离心泵，采用3用1备方式运行，其性能参数为：

水泵额定流量QR=0.95m3/s；

水泵额定扬程HR=60m；

水泵额定转速nR=960r/min；

水泵额定效率ηR=0.902；

配套电机功率ND=800kW；

电机转动惯量Jm=34 kg·m2；

机组转动惯量J=1.1×Jm=1.1×34=37.4 kg·m2；

根据已有的实测水泵全特性资料，采用水泵性能曲线的预测方法，可以求得供水工程水泵Suter全特性曲线，如图1所示。

3 事故停泵水锤计算

3.1 泵出口阀不关闭情况

在泵出口阀不关闭的情况下，各种不同的进、出水池水位组合条件下的事故停泵水锤计算结果见表1。

表1 事故停泵水锤计算结果（泵出口阀不关闭）

图2（a）、（b）、（c）分别为进水池水位为平均水位、三泵两管运行条件下，3台水泵同时发生事故停泵、泵出口阀不关闭时的水泵特征量变化过程、沿管线压力包络线和管线各特征点净压力水头的变化过程。

从图2（a）中看出，在发生事故停泵后的第2.4s左右，水泵开始倒流，最大倒泄流量为水泵额定流量的1.232倍；在停泵后的第4s左右，水泵开始倒转，最大倒转转速为水泵额定转速的1.272倍。

从图2（b）、（c）中看出，发生事故停泵后，水泵出口至管线最高点之间的管段出现了水柱分离及再弥合现象，形成了一定的压力升高，泵出口阀后点的最大水锤压力达到76.15m，部分管段的最大水锤压力超过其设计工作压力；由于管线最高点的高程远远高于出水池水位，故发生事故停泵后，该最高点将长时间处于汽化状态；管线最高点下游的管段中无水柱弥合现象及大的水锤压力出现。

由于事故停泵后，水泵的倒转转速超过《泵站设计规范》中“水泵最大倒转转速不得超过额定转速1.2倍”的要求，因此，应确保停泵后，泵出口阀的可靠关闭，一方面防止水泵倒转，另一方面减少水量和能量损失。

3.2 泵出口阀关闭情况

计算结果表明，事故停泵后，在泵出口阀不关闭情况下，水泵开始倒流的时间为2.4s，拟定泵出口阀的两阶段关闭程序为：快关5s/70（°），慢关20s/20（°）。

在泵出口阀两阶段关闭的情况下，各种不同的进、出水池水位组合条件下的事故停泵水锤计算结果见表2。

表2 事故停泵水锤计算结果（泵出口阀两阶段关闭）

图3（a）、（b）、（c）分别为进水池水位在平均水位、三泵两管运行条件下，3台水泵同时发生事故停泵、泵出口阀两阶段关闭（快关5s/70°，慢关20s/20°）时的水泵特征量变化过程、沿管线压力包络线和管线各特征点净压力水头的变化过程。

从图3（a）中可以看出，由于泵出口阀的关闭，水泵的最大倒泄流量为水泵额定流量的0.814倍，最大倒转转速为水泵额定转速的0.996倍，满足《泵站设计规范》要求。

从图3（b）、（c）中看出，发生事故停泵后，泵出口阀的关闭保护了水泵，减少了水量及能量损失，但加剧了水泵出口至管线最高点之间的水柱分离及其再弥合现象，泵出口阀后点的最大水锤压力达到194.95m，远远超过管道的设计工作压力；由于管线最高点的高程远远高于出水池水位，该点将长时间处于汽化状态；管线最高点下游的管段中无水柱弥合现象及大的水锤压力出现。

4 结语

对于供水系统来说，事故停泵过渡过程需要解决的主要问题：

（1）水泵出口至管线最高点之间的水柱分离及再弥合问题；

（2）事故停泵后，如何从管线最高点处切断水流，以消除该点长时间存在的汽化现象。

不同关阀速率的计算结果表明，仅仅依靠调整泵出口阀的关闭程序无法解决上述问题，必须采取别的水锤防护措施。

［1］马庆骥.给水排水设计手册［K］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［2］姜乃昌.水泵及水泵站［M］.北京：中国建筑工业出版社，1993.

Calculation of Water Supply System Pump-stopping Water Hammer in Caofeidian Industrial Area Water Supply Project

WANG Ji-zhong，DONG Chuan-hong
（1.Water Resources Planning and Design Institute of Tangshan City，Tangshan 063000，China；
2.Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China）

Calculating and analysizing the different inlet,a water level combination and three pump two tube running under the conditions of the various conditions of pump-stopping water hammer,giving the technical support for the water hammer protection measures of comparison and selection.

water supply system;pump-stopping water hammer;selection

TV134

A

1672-9900（2012）03-0087-03

2012-04-14

王继忠（1971-），男（汉族），河北丰润人，高级工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）0315-2216617。