泵系统不同出流方式下的水锤计算分析

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泵 系统在 自由出流 方式与 淹没 出流方 式 的水 力过 渡过
程 进行计 算分 析 。
２ 泵站基 本资料
某泵 站安 装 ｌ ２台 离 心 泵 ，每 ３台水 泵 为 一 组 ， 构成 １ 泵系统 ，泵 站共 由 ４个泵 系统 组成 。每个 泵 个
系统 由 ３台水 泵采 取 “ 管 三机 ” 合 输 水 方 式 ，每 一 联 台泵 出水 支管上 安装 一只 液控蝶 阀 。
ｌ ｐ ｖ ｌｅ ｏ ｉ—ｎ ｅ ａｖ ｒ ｏ ｅ ｅ ｓ ｒ ｏ ｂ ｎｓａｌ ｄ ｉ ｕｍｐ ｓ ｓｅ ｆａ ａｖ ｒａ ｒｉｌ ｔｖ ｌｅａ ｅ ｎ ｔｎ ｃ ｓ ａｙ ｔ ｅ ｉ ｔｌｅ ｎ ｐ ｙ ｔ ｍ．Ｈｏ ｖ ｒ ｌｒ ｎ ｒ ｙｗｉ ｅ ｌｓ ｙ ｔ ｒ ｅｏ ｔｌｗ ｗｅ ｅ ，ｎｏ ｅｅ ｅ ｇ ｌ ｂ ｏ ｔｂ ｈｅｆｅ ｕｆｏ ｌ
写 自由出流下 出水管 出 口断 面节点 方程 。 泵系统 自由出流 时 出水 管 出 口断面 以上为 自由出
泵 系统水 锤 特 征线 分 析 方 法 目前 已较 完 善 ¨ Ｊ 。
在工程 应用方 面 ，针对 液控 蝶 阀 、单 向调压塔 、双 向
调压塔 、空 气 阀 、空气 罐等水 锤 防护措施 已进 行 了较 多的水锤 计 算及 仿 真 和试 验 研 究 。泵 出 口 自由
出流 出 口段 是一个 比较特 殊 的水 力 元件 ，对 包含 这样
一
流管段 ，如 图 ２所 示 。水锤计 算时 出水管 出 口断面需 经试算 确定 ，以确保 出 口断 面不漏 空 。
个特殊 元件 的泵 系统进 行水 锤计 算 目前 尚未 见文献
报 导 。本 文 应 用 特 征 线 法 、采 用 交 错 网格 ＿ 对 同一 】
２１ 水 ． 泵
图 ２ 出水 管 出 口断 面 与 自由 出流 管段
单级 双 吸 离 心 泵 ，额 定 扬 程 １０ｒ，额 定 流 量 １ ｎ ０ ５７８ｍ ／ ，额定 转速 １ ８ ／ ｉ，配套 电动机 功 ．２ ｓ ０ｒｍｎ ４ 率 ８０ｋ ０ Ｗ。该泵 比转 速 为 ８ ． ，水锤 计 算 时 近似 采 １７ 用 比转速 ９ ０的泵 全特 性数 据 ¨ 。 Ｊ
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对 一些 长距 离输水 泵站 而言 ，泵系 统 出 口自由出流通
大气 ，相 当于 出 口安装 了一个 大 口径 的空 气 阀 ，对水 锤 防护 也是有 利 的 。
３ 不同出流方式泵系统出 口节点方程
本文研 究 的泵 系统 除管段 外 ，包 含 的水力元 件有 水 泵 、阀门 、分叉 管 、进水池 与泵 系统 出 口节 点 。其 中 ，水 泵 、阀 门 、分叉 管 、进 水池 、淹没 出流 出水管 口断 面 的水 锤 计 算 节 点 方 程 详 见 文 献 Ｊ ，这 里 仅 列
从 水锤 防护和 泵站 维护方 面看 来 ， 自由出流 方式 则是一 种较优 的运行 方案
关键 词 ：水 泵站 ；水锤 计 算 ； 自由出流 ；淹没 出流
中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ ． ＶＩ６ ２ 文 献标 识码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ — ８０ ２ １ ） ｌ０ ８ —３ ０ ０ ０ ６ （ ０ １ １ ＿０ ２ ０
式 中， ｚ为 自 由出 流 管 段 水 位 （ ； 当采 用 交 错 网 ｍ）
１ 引 言
泵 出 口出流方 式有 两种 ，一种 是 自由 出流 ；另一 种 是淹 没 出流 。淹 没 出流 又分 为直 管淹 没 出流 与虹 吸 式 淹没 出流 ，前 者常 以拍 门断流 ，后者 则 以真空破 坏
用淹没 出流方 式 。当 出水 池水位 变 幅小时 ， 自由出流 比淹没 出流 多消耗 的能量 不大 。 自由出流不 需要设 置 拍 门或 真空破 坏 阀断流设 施 ，维护较 为简便 。对有 些
（ ｏｅｅｏ ｔ ｏｓｒａｃ ｎ ｙｒｐｗ ｒ ｎｉｅｒ ｇ ｔｏａ Ｕ ｉｅ ｉ ， ａｊ ｇ １０８ Ｊ ｎｓ ，Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｌ Ｗａｅ Ｃ ｎｅｖｎｙａｄＨ ｄｏｏ ｅ Ｅ ｇ ｅ ｎ ， Ｉ ｉ ｎｖｒ ｔ Ｎ ．ｉ ２ ０ ９ ， ｉ ｇｕ ｈ ） ｒ ｎ ｉ ｈ ｓｙ ｉ ｎ ａ ｎ
～
自由出流方式 下 ，出水管 出 口断面节 点方程 为
Ｈ ＝ Ｚ ｎ
２ ２ 出水 管 道 ．
（） １
一 。＋
泵 出水支 管 ：钢 管 ，长 ３ ６ｍ，管径 ０ ５ ． ０ ｍ，管
道糙 率 ０ ０ １ ．１ 。
分叉 管后 的出水 总管 由一段 ７ ０ｍ管径 １０ｍ钢 ２ ．
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位基 本不 变的情 形有 所不 同 。将 泵 系统 出 口段 作 为一种 特殊 水力元件 ，应 用特征 线 法计算 泵 系统 自由 出流下 的水 力过 渡过 程 。对 同一泵 系统 ，通 过事 故停 泵工 况水锤计 算可 知 ，与淹没 出流相 比 ， 自由出
流 方式可 以增 大管段 水流压 强 ，对水锤 防护 有利 。泵 系统 自由 出流下不 需安装拍 门或 真 空破 坏 阀断流 设施 ，而 自由 出流 比淹没 出流 多浪 费一部 分能量 。 当泵站 出水池 水位 变幅较 小 、年 运行 时 间较 短 时 ，
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水面的垂直高度 ，降低 方式下的水锤计算分析 等
自由出流。尽管多消耗 了一些 能量 ，但维护简便些。
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水利水 电技术
第４ 卷 ２
２ｌ ０ １年第 ｌ １期
泵 系统 不 同 出流 方 式 下 的 水 锤 计 算分 析
于永 海 ，秦 晓峰 ，成 斌
（ 河海 大学 水 利水 电学 院 ，江 苏 南 京 ２ ０ ９ ） １０ ８
摘 要 ：泵 系统 自由 出流 时 ，在 水 力过渡过 程 中 出口断面测压 管 水位 与 淹没 出流 时 出口断面测压 管水
ｍｏ ｅ ｆ ｏ ａ ｅ ｔ ｈ ｔ ｆｔ ｅｓ ｂ ｒ ｅ ｉｃ ａｇ ｄ ． ｒ ｍ ｈ ｓ ｅ ｔ ｏ ｏｈ ｔ ｅ ｗ ｔｒｈ ｍｎ ｒ ｔｃｉｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｍａ ｄ ，ｉ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｔａ ｕ ｍｅｇ ｄ ｄ ｓ ｈ ｒ ｅ ｍｏ ｅ Ｆ ｏ ｔ ｅ ａ ｐ ｃ ｓ ｆｂ ｔ ｈ ａ ｅ ａ ｍｒ ｏｅ ｔ ｎ ｈ — ｈ ｏ ｈ ｐ ｏ ｉ ｔｎ ｎ ｅ ｏ ｕ ｉ ｇ ｓａｉｎ，ｔ ｅｆｅ ｕ ｆ ｗ ｍｏ ｅｗｉ ｅ ａ ｂ ｔ ｒｏ ｅ ａｉｎ ｓ ｈ ｍｅ ｎ ｅ ａ ｃ ｆｐ ｍｐ ｎ ｔ ｔ ｏ ｈ ｅ ｏ ｔ ｏ ｄ ｌ ｂ ｅｔ ｐ ｒｔ ｃ ｅ ，ｗｈ ｎ ｔ ｅｃ ａ ｇｎ ｍｐ ｉ ｄ ｆｔｅ ｗａｅ ｒ ｌ ｌ ｅ ｏ ｅ ｈ ｎ ｉ ｇａ ｌ ｕ ｅ ｏ ｔ ｒ ｈ ｔ ｈ
年运行 时 间短 、出水池水 位变 幅不大 的泵 站 ，可 采用
阀断 流 。泵 出 口 自由出流与 淹没 出流相 比多 消耗 了一 部分 能量 ，即为 出水 管 出 口断面 中心线 至 出水 池 自由
收稿 日期 ：２ １ — １１ ０ １０ —９
基金项 目：“卜 一五” 国家科技支撑汁划项 日（０ ６ Ａ １０ ） ２ ０ Ｂ Ｄ１Ｂ ７ 作者简介：于永海（ ９ ８ ） １６ 一 ，男，副教授 ，博士。