輸水管道工程調(diào)流消能型式研究論文

　　摘要：丘陵地區(qū)長距離輸水多采用單級或多級泵站加壓和有壓重力串聯(lián)的壓力輸水方式，選擇合適的調(diào)流消能型式保證不同輸水方式的管道流量匹配并消減富裕能量，對確保輸水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行具有重要意義。通過對不同調(diào)流消能型式的研究，確定在有壓重力輸水管段設(shè)置活塞式調(diào)流閥和調(diào)節(jié)水池的調(diào)流消能型式可以滿足輸水系統(tǒng)不同工況運行要求，具有良好的效果，并對其運行調(diào)節(jié)流程進行了分析。該調(diào)流消能型式已在膠東引黃調(diào)水高疃泵站－孟良口子隧洞輸水管道工程中得到了成功應(yīng)用，為丘陵地區(qū)長距離輸水管道的調(diào)流消能提供了借鑒和解決方案。

　　關(guān)鍵詞：引黃調(diào)水；輸水管道；有壓重力流；調(diào)流消能

　　１工程概況

　　膠東引黃調(diào)水高疃泵站－孟良口子隧洞輸水管道工程位于膠東山丘區(qū)，地形起伏較大，設(shè)計流量５．５ｍ３／ｓ，布設(shè)管道１根，線路全長約６２．６ｋｍ。在樁號４＋７１０處設(shè)高位水池，最大容積１９００．０ｍ３，高位水池上游管道采用泵站加壓輸水，下游管道采用有壓重力輸水。高位水池上游管道公稱直徑２．０ｍ，下游管道公稱直徑２．２ｍ。管材采用螺旋鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，均為地埋敷設(shè)，管道公稱壓力０．６～１．２ＭＰａ。管道沿線共設(shè)閥門井２７座，井內(nèi)設(shè)電動蝶閥、進排氣閥等設(shè)備；進排氣井６５座，井內(nèi)設(shè)復(fù)合進排氣閥；排水井２０座，井內(nèi)設(shè)手動蝶閥等設(shè)備。高疃泵站安裝４臺雙吸離心泵，３用１備，其中２臺采用內(nèi)反饋調(diào)速運行，單泵設(shè)計揚程６５ｍ，設(shè)計流量１．９ｍ３／ｓ。輸水管道縱斷面布置見圖１。

　　２輸水系統(tǒng)的控制措施

　　不同輸水方式串聯(lián)布置的管道流量適時匹配是保證輸水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提。根據(jù)該輸水線路布置特點，確定本輸水系統(tǒng)控制措施為：泵站加壓管段通過增減泵站機組、水泵調(diào)速等措施控制流量和壓力。有壓重力輸水管段通過控制調(diào)流消能設(shè)施，使其與泵站加壓管段的流量適時匹配并消減部分管段的富裕能量。由于受地形地勢、遷占征地等影響，泵站加壓與有壓重力輸水管段銜接處的高位水池容積不宜過大，因此要求有壓重力輸水管段的調(diào)流消能設(shè)施調(diào)節(jié)時間短并且動作可靠，避免運行過程中高位水池出現(xiàn)溢流或水位低于管頂?shù)默F(xiàn)象，所以確定有壓重力輸水管段的調(diào)流消能型式是整個輸水系統(tǒng)控制措施順利實施的關(guān)鍵。

　　３有壓重力輸水管段

　　調(diào)流消能型式的確定該輸水工程距離長、落差大，全線管道最大落差高達９５．０ｍ。當輸水系統(tǒng)在泵站初始運行或小流量工況運行時，有壓重力輸水管段穩(wěn)態(tài)壓力線接近于高位水池靜水壓力線，從而產(chǎn)生較大的富裕能量（見圖１）；當輸水線路閥門關(guān)閉后，有壓重力輸水管段承受高位水池靜水壓力，使全線管道都要承受較高壓力，并且各規(guī)范推薦的輸水管道水力計算均為經(jīng)驗公式，管材粗糙度等計算參數(shù)也均為經(jīng)驗值，在水力計算過程中取值大都偏于安全，當輸水管線較長時，計算值和實際值可能偏差較大，由此也將產(chǎn)生富裕能量。因此通過控制有壓重力輸水管段調(diào)流消能設(shè)施消減富裕能量并調(diào)節(jié)流量才能滿足系統(tǒng)運行要求。根據(jù)工程特點，以下選�。撤N調(diào)流消能型式進行比選。

　　３．１調(diào)流消能型式方案

　　３．１．１方案一：利用管道閥門井內(nèi)的電動蝶閥調(diào)流消能利用蝶閥開度增加局部水頭損失可降低管道壓力和調(diào)節(jié)管道流量［２］，但應(yīng)避免閥門產(chǎn)生汽蝕導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)劇烈振動、高噪音等危及設(shè)備運行安全的現(xiàn)象。當單不蝶閥調(diào)節(jié)無法滿足調(diào)流消能要求時，可依靠調(diào)整蝶閥群的開度來調(diào)節(jié)管道壓力、控制管道流量。根據(jù)工程設(shè)計指標分析計算得出：在設(shè)計流量工況時，通過調(diào)節(jié)輸水線路末端１座閥門井內(nèi)電動蝶閥開度即可滿足輸水系統(tǒng)運行要求；在單泵流量工況時，需通過調(diào)節(jié)輸水線路沿線２０座閥門井內(nèi)電動蝶閥開度才可滿足輸水系統(tǒng)運行要求。輸水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行效果見圖２。３．１．２方案二：設(shè)置活塞式調(diào)流閥和調(diào)節(jié)水池調(diào)流消能根據(jù)有壓重力輸水管段靜壓和不同工況流量穩(wěn)態(tài)分析，在樁號３４＋０００和管線末端設(shè)置活塞式調(diào)流閥，在樁號３６＋４５０設(shè)置調(diào)節(jié)水池。通過調(diào)節(jié)水池將有壓重力輸水管段分為２段，２處活塞式調(diào)流閥只對各自管段的流量分別進行調(diào)節(jié)。通過活塞式調(diào)流閥的調(diào)節(jié)，全系統(tǒng)流量能夠得到適時匹配，滿足不同工況的運行要求�；钊�式調(diào)流閥的調(diào)節(jié)速度應(yīng)滿足輸水系統(tǒng)水錘防護和水池調(diào)節(jié)容積要求。輸水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行效果見圖３。３．１．３方案三：設(shè)置活塞式調(diào)流閥和減壓恒壓閥調(diào)流消能在樁號３４＋０００設(shè)置減壓恒壓閥，在管線末端設(shè)置活塞式調(diào)流閥。由于輸水管道管徑較大，減壓恒壓閥處需采用８個閥門并聯(lián)同時調(diào)節(jié)的'方式。減壓恒壓閥應(yīng)具有無論進口段流量和壓力如何變化，出口端保持恒壓值不變的功能，并且出口恒壓值可方便地進行調(diào)節(jié)［１］。通過減壓恒壓閥降低下游管段承受的壓力，通過活塞式調(diào)流閥對有壓重力管段的流量進行調(diào)節(jié)，使高位水池水位維持在設(shè)計水位，全系統(tǒng)流量平衡。輸水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行效果與方案二相差不大。

　　３．２方案選擇

　　針對各方案不同的調(diào)流消能型式進行技術(shù)及經(jīng)濟各方面分析，以確定最優(yōu)方案。

　�。ǎ保┱{(diào)流效果。方案一利用蝶閥控制流量，受計算過程中近似處理、實際操作中的開度誤差等因素影響，存在一定的近似性，精確程度不是非常高［２］；方案二、方案三利用活塞式控制閥控制流量，其閥門開度與流量呈線性關(guān)系，具有良好的線性調(diào)流或穩(wěn)定減壓特性，能夠?qū)崿F(xiàn)精確調(diào)流。

　�。ǎ玻┫�能效果。方案一無法消除樁號３４＋０００下游管線的富裕能量，消能效果一般。方案二、方案三分別通過活塞式調(diào)流閥、減壓恒壓閥能夠消除管道全線的富裕能量，消能效果好。

　�。ǎ常┕艿莱袎骸７桨敢挥捎诘�閥的密封性能一般，無法可靠地阻斷靜水壓力的傳遞，全線管道仍承受較高靜水壓力。方案二和方案三可分別通過調(diào)

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