一种基于试验的真空破坏阀安装位置的确定方法与流程

本发明专利涉及一种基于试验的真空破坏阀安装位置的确定方法，尤其是大中型泵站虹吸式出水流道真空破坏阀安装位置的确定方法，属于泵站工程技术领域。

背景技术：

虹吸式出水流道是低扬程立式泵站常用的流道结构形式之一，虹吸式出水流道的断流装置需采用真空破坏阀，在低扬程立式泵站停机时通过真空破坏阀破坏虹吸，切断水流以达到阻止水流倒灌和防止水泵机组倒转的目的。在水泵机组启动前，打开真空破坏阀，当水泵机组启动后，虹吸式出水流道内水位迅速上升，流道内的空气被水从真空破坏阀赶出，当虹吸式出水流道内部水位超过驼峰底部时，水流沿着虹吸式出水流道壁面流向出水侧，这就是所谓的虹吸形成过程；当水泵机组停机时，打开真空破坏阀，让空气通过真空破坏阀进入到虹吸式出水流道内部，切断水流。目前，虹吸式出水流道应用于我国上百座的立式泵站工程中，在这些泵站实际运用过程中，常出现虹吸式出水流道诱发机组震动的现象，主要因为水泵机组启动时，虹吸式出水流道内部虹吸形成的时间过长，虹吸式出水流道内部的空气不能较短时间快速排出，导致虹吸式出水流道内部压力不稳，从而诱发机组启动过程的强烈震动，并伴随异常的噪声和巨响，影响水泵机组的寿命和效率，当前，真空破坏阀被直接安装于虹吸式出水流道的最顶部，未能考虑不同扬程条件时真空破坏阀安装位置对虹吸式出水流道内部虹吸形成时间的影响，为解决该问题，本发明提出了一种基于试验的真空破坏阀安装位置的确定方法，以此为虹吸式出水流道的真空破坏阀的合理确定安装位置提供参考依据，同时也有利于缩短虹吸式出水流道的虹吸形成时间，避免机组启动过程产生震动，延长水泵机组的寿命，增强机组运行可靠性。

技术实现要素：

为解决当前真空破坏阀安装未能考虑不同扬程条件时真空破坏阀位置对虹吸式出水流道内部虹吸形成的影响，为进一步减少虹吸式出水流道内部虹吸形成时间，降低虹吸式出水流道内部虹吸形成对机组安全运行稳定的不利影响，本发明提出了一种基于试验的真空破坏阀安装位置的确定方法。

为解决上述问题，本发明在原型立式泵站物理模型试验的基础上，通过虹吸式出水流道内部空气团集聚区域及泵站出水侧水位共同确定真空破坏阀安装的合理位置。

本发明的目的是这样实现的，一种基于试验的真空破坏阀安装位置的确定方法，包括以下步骤：

1)、以可研阶段的原型立式泵站为对象，计算出原型立式泵站的npdp值，其中np为原型立式泵站的叶轮转速，单位为r/min；dp为原型立式泵站的叶轮直径，单位为m；

2)、采用npdp＝nmdm的方法计算原型立式泵站物理模型试验的试验转速nm，其中，原型立式泵站物理模型的叶轮直径dm取0.3m，以几何尺寸换算比λ(λ＝dm/dp)计算原型立式泵站物理模型试验的进水流道和虹吸式出水流道的模型几何尺寸；

3)、原型立式泵站物理模型的虹吸式出水流道采用高透光性的亚克力材料加工制作，进水流道采用薄钢板加工制作即可，水泵采用不锈钢或铜加工制作完成，虹吸式出水流道的进口面与水泵的出口面相连，水泵的进口面与进水流道的出口面相连，确保相连处无凸起；

4)、在高精度水力机械试验台进行试验，试验台的综合不确定度需低于0.4％方可满足试验要求，以原型立式泵站的设计扬程、最高扬程和最低扬程为试验依据对原型立式泵站物理模型进行开机过程的能量性能试验；

5)、在原型立式泵站的设计扬程、最高扬程和最低扬程条件下分别完成原型立式泵站物理模型试验开机过程的虹吸式出水流道内部流态的录制及拍照，确定虹吸式出水流道内部空气团集聚的位置，并通过换算获得在高程上距离虹吸式出水流道顶部的空气团集聚的相对尺寸，空气团集聚的位置中心距虹吸式出水流道顶部的高程方向上距离定义为hk，其相对尺寸为hk与叶轮直径dm的比值，并分别记录为：设计扬程时，空气团集聚的相对尺寸为ld；最低扬程时，空气团集聚的相对尺寸为lu；最高扬程时，空气团集聚的相对尺寸为lh；

6)、根据原型立式泵站在设计扬程、最高扬程和最低扬程运行的天数，对空气团集聚的相对尺寸进行加权求解，以获得真空破坏阀安装的相对尺寸la，la计算式如下：

式中：xd为设计扬程条件下原型立式泵站运行的天数；xu为最低扬程条件下原型立式泵站运行的天数；xh为最低扬程条件下原型立式泵站运行的天数；xz为原型立式泵站运行的总天数，xz＝xd+xu+xh；

7)、以真空破坏阀安装的相对尺寸la为基础，计算出真空破坏阀合理安装的实际高程为hz＝hd-ladp，其中：hd为虹吸式出水流道顶部高程，m；且真空破坏阀安装的水平位置位于虹吸式出水流道的出水一侧。

有益效果：本发明专利给出了真空破坏阀合理安装的确定方法，解决了真空破坏阀安装位置随意选取的盲目问题，解决了不同扬程时真空破坏阀安装位置对虹吸式出水流道内流虹吸形成时间影响的问题，有效缩短虹吸式出水流道内部虹吸形成的时间，降低虹吸式出水流道内部压力不稳的强度，有利于立式泵站的安全可靠稳定运行。

附图说明

图1本发明的流程图。

图2立式泵站的单线图。

图3真空破坏阀的合理安装位置。

图中：1进水流道、2水泵、3虹吸式出水流道、4真空破坏阀。

具体实施方式

下面结合附图和附图说明对本发明作进一步说明。

以实际某立式泵站为例对本发明的实施做进一步说明，该泵站如图2所示。实际某立式泵站的叶轮直径dp＝3.15m，转速np＝125r/min，采用npdp＝nmdm的计算式换算至原型立式泵站物理模型，原型立式泵站物理模型叶轮直径等于dm＝0.3m，则原型立式泵站物理模型的叶轮转速nm＝1312.5r/min。原型立式泵站的进水流道1、水泵2及虹吸式出水流道3的几何尺寸换算比尺λ＝dm/dp＝0.09524，原型立式泵站的进水流道1、水泵2和虹吸式出水流道3均按换算比尺0.09524换算后绘制成原型立式泵站物理模型图纸，进水流道1和水泵2的物理模型采用金属材料加工制作成，虹吸式出水流道3的物理模型采用高透光的亚克力材料加工制作，将进水流道1与水泵2进行安装连接，水泵2与虹吸式出水流道3进行安装连接，确保进水流道1、水泵2和虹吸式出水流道3连接成一整体即为原型立式泵站的物理模型。根据该实际泵站的设计扬程3.17m，最高扬程4.23m，最低扬程1.95m分别对该原型立式泵站物理模型进行启动过程的能量试验，通过摄影或拍照记录下3个不同扬程条件下虹吸式出水流道内部空气团集聚的位置，按步骤(5)的方法分别计算出3个不同扬程条件下空气团集聚的相对尺寸，设计扬程3.17m时，空气团集聚的相对尺寸ld＝0.12；最低扬程1.95m时，空气团集聚的相对尺寸为lu＝0.135；最高扬程4.23m时，空气团集聚的相对尺寸为lh＝0.04。依据实际某立式泵站在设计扬程3.17m时运行天数为165天，在最低扬程1.95m时运行天数为33天，在最高扬程4.23m时运行天数为16天，按步骤(6)的方法计算出真空破坏阀安装的相对尺寸la，

再按照步骤(7)可计算出真空破坏阀合理安装的实际高程为hz＝hd-ladp＝14.0-0.116×3.15＝13.6346m，为便于实际操作，真空破坏阀的合理安装高程可取为13.63m，且安装于虹吸式出水流道的出水侧，真空破坏阀的合理安装位置如图3所示。