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阀门小开度停泵方式防止水锤的实践总结
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以绍兴市小舜江输水工程为例,从水力振动和防止水锤两方面进行考虑,研究了小开度停泵方式阀门最佳角度选择,最终选择符合实际的关阀角度。
1、工程概况
绍兴市小舜江输水工程由取水隧洞、提水泵站、出水隧洞、达郭调节水库和输水隧洞等几部分组成，利用夜间低谷电能从汤浦水库提水到调节水库———达郭水库，经调蓄后，全天候连续向净水厂提供原水。出水隧洞纵剖面参见图1，出水隧洞出口位于达郭水库，泵站共有4台机组，其技术参数如下：HYPERLINK"http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/water-pump/"\t"_blank"水泵型号：YJG48-20I，设计扬程Hr：52.7m(1#、2#水泵、)、57.2m(3#水泵)、49.7m(4#水泵)，设计流量Qr：5.0m3/s(1#、2#、4#水泵)，5.3m3/s(3#水泵)，额定转速Nr：500r/min，电机功率Pr：3500kW，水泵转矩：Mn=5645kgf·m(1kgf=9.8N)，转动惯量：GD2=3817kgf·m2。2用2备，并联运行时管道阻力参数K=0.0236s2/m5。最大几何HYPERLINK"http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/081296.html"\t"_blank"扬程58m，此时泵的工作扬程为61m。

图1出水隧洞纵剖面(单位：m)
此类高扬程抽水泵站事故停泵时易发生水锤，现阶段最有效的解决办法是采用二阶段液控缓闭蝶阀降低水锤正压，防止水泵倒转。但往往会引起慢关(小角度)时间相对较长、泵及阀门的剧烈水力振动。本工程不应忽略停机及关阀过程中剧烈的水力振动，阀门开度选择特别重要，过小没有解决水力振动，过大易引起水泵倒转，影响泵的使用寿命，因此应该综合考虑水力振动与水锤的因素。
2、水力振动
水泵机组及阀门的振动情况见表1，出口阀θ-ξ(开度-水头损失系数)关系见表2。
表1实测振动值情况分析

表2出口阀θ-ξ关系

阀门90°为全开状态，水泵机组最大允许振动值≤0.045mm。以上数据表明10°以下振动明显加强，开度越小，振动值增加越明显。
从表2可知，阀门小于10°时水头损失系数呈几何级数增加，局部水力损失加大。
综合上述在出口阀关闭到大于10°时水泵停机，可大幅度降低泵及阀门的振动值与水力损失。
3、水锤方面
水泵出口阀中间转折开度为15°，液控HYPERLINK"http://www.chvacuum.com/valve/butterfly-valve/"\t"_blank"蝶阀分别关至12°、15°、18°时水泵断电的出口阀关闭规律优化选择计算见表3。
表3出口阀关闭规律优化选择计算

注：汤浦水库水位12m;达郭水库水位70m。单台水泵运行，正常停机(3#)。空白处表示未发生反转。
(1)经计算两台水泵并联运行，其中一台水泵正常停机3#，其水泵出口最大内压和反转速度都要小于表3所列的工况。
(2)由于水泵抽水扬程越大，断电后最大反转速度上升值越大;汤浦水库水位一定时，调节水库水位越高，或调节水库水位一定时，汤浦水库水位越低，水泵断电后输水系统中出现的最大内水压力值越大。因此，在小开度停泵计算中，选择该进、出口水库水位组合情况下，为水泵出口阀关闭规律的优化选择计算的控制情况。
(3)考虑到出口阀关闭规律转折点开度为15°时，阀门总有效关闭时间较短，且当水泵断电前，阀门在小开度区域运行时间较短，水力振动较小，因此，阀门转折开度选定为15°。
(4)正常停机时最大内压控制值为80m，水泵不反转;事故停机时(两台泵并联运行同时全失电)最大内压控制值为91m，水泵失电后的最大反转速度均小于其额定转速，不发生水泵叶轮飞逸破坏事故。
由表3可知，水泵在出口阀关至12°时断电工况，水泵出口最大内压力较小，在控制值内，而且水泵不发生反转，对泵的使用寿命没有影响，明显优于其他角度。最后选择快关时间20s、总关阀时间45s，转折点开度为15°两段折线关闭规律，水泵机组在出口阀关闭至12°时水泵断电停机，这样可有效改善目前的水力振动现象，又把在正常停机时最大内压与反转速度控制到较小或不反转，而在事故停机时最大内压与反转速度满足控制要求。在汤浦水库水位12m，达郭水库水位70情况，3#与2#两台泵全失电情况下，阀门在给定规律下关闭，水泵出口最大内压为90.8m，最大反转速度-307r/min。
4、结语
类似工程可从水力振动方面初步选定阀门开度范围，后从液控蝶阀分别关至