适于大型深埋长距离输水泵站用的水锤防护装置的制作方法

本发明涉及水利工程技术领域，尤其是涉及一种适于大型深埋长距离输水泵站用的水锤防护装置。

背景技术：

随着我国经济社会的发展，水资源供需矛盾日益突出。为了保障各地的用水需求，通过大型深埋加压泵站进行长距离输水的引调供水工程越来越多。对于这类泵站，通常要求水泵的出口管道安装高程比进水池水位低约3m以上。但由于泵站设计往往受到地形、地质等客观条件的限制，水泵出口管道的实际安装高程通常与进水池水位相差不多或比进水池水位还高，导致在以下工况下造成较严重的正水锤和负水锤效应：①当泵组的正常开启和关闭以及流量调节阀等的正常开启和关闭都会导致水流剧烈变化，引起管道中水的压力突然升高或降低；②泵组事故断电情况下，止回阀拒动、止回阀动作（关闭规律）不当，都会在水泵出水管、出水管高点或变坡处产生剧烈压力下降，特别是当压力低于水的汽化压力时，很可能出现水柱分离，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，巨大的水柱弥合撞击会产生巨大压力上升，严重时导致管道结构破坏，同时水泵在倒流水体作用下迅速反转，产生剧烈振动，若不能及时控制会产生失稳破坏。

常见的正水锤防护措施是在管道上安装水泵出口液控止回阀或泄压阀。常见的负水锤防护措施是设置与输水管道相连通的双向调压塔、单向调压塔或空气压力罐，以及在管道上设置空气阀、在水泵机组内设置附加惯性飞轮等。其中，双向调压塔适用于大型供水工程，建设时常受制于地形、工程量和气候条件的限制；与双向调压塔相比，单向调压塔的高度较小，但是保护的管段长度较短；空气压力罐适用于泵组流量小、扬程较高、控制压力变化范围较广的情况，但需要配备空压机补气系统、水位信号计、安全阀等，运行管理上比较复杂；空气阀则由于进排气量的限制不能完全解决大口径管线工程的负压问题；附加惯性飞轮可增加水泵机组转动部件的惯性，以防水泵流量的急剧下降，其对小型泵站的防护效果较好，但对大型泵站的作用不明显。

技术实现要素：

本发明提供一种适于大型深埋长距离输水泵站用的水锤防护装置，目的在于解决现有泵站输水管道容易遭到水锤破坏的问题。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的适于大型深埋长距离输水泵站用的水锤防护装置，包括设置在水泵出口支管汇流处的压力水箱，所述压力水箱上方设置有补水箱，所述补水箱顶部设置有带有进排气阀的进排气管，补水箱下部设置有与压力水箱相连通的补水阻抗管。

所述进排气管和补水阻抗管交错设置。

所述进排气管自补水箱中心轴线处竖直向上延伸至补水箱外，并在进排气管顶端设置所述进排气阀。

所述补水阻抗管自补水箱底部竖直向下延伸至压力水箱内，且补水阻抗管末端位于压力水箱中心轴以上。

本发明提供的适于大型深埋长距离输水泵站用的水锤防护装置，在泵站水泵出口支管汇流处设置压力水箱，并与补水箱有机结合，形成一种运行更加安全可靠稳定的新型水锤防护装置；由于补水箱是一个固定的水工结构，没有任何的动作部件，所以可靠性最高，合理的容积设计能保证在最不利情况下也不会有空气进入压力水箱。本发明相对于其他水锤防护方案在原理上有明显优势，可以有效提高远距离输水系统的安全性和便利性，减少水锤防护措施的建设、运行和维护费用，节省工程投资。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的左视图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述的适于大型深埋长距离输水泵站用的水锤防护装置，包括安装在泵房外各水泵出口支管汇流用的压力水箱1，以及安装在压力水箱1上方的补水箱2。补水箱2顶部安装有多个进排气管4，每个进排气管4自补水箱2中心轴线处竖直向上延伸至补水箱2外，并在进排气管4顶端安装进排气阀3；补水箱2下部安装有多个与压力水箱1相连通的公称直径为dn720的补水阻抗管5，每个补水阻抗管5自补水箱2底部竖直向下延伸至压力水箱1中心轴以上，从而使水流从不同方向进出补水阻抗管5的阻抗系数不一样。上述进排气管4和补水阻抗管5在补水箱2的竖直剖面上交错设置，以防止补水阻抗管5的进水水流直接冲击进排气管4的管口，并有利于补水箱2上部的空气排出。本实施例中，进排气管4为3根，补水阻抗管5为4根；进排气管4公称直径为dn300，其顶部的进排气阀3选用上海冠龙阀门机械有限公司公称直径为dn300、公称压力为pn1.0mpa的carx-0300型阀门；补水阻抗管5公称直径为dn720，其自补水箱2底部竖直向下延伸至压力水箱1内1.0m左右；上述补水箱2向压力水箱1补水时阻抗系数约为1.5，压力水箱1向补水箱2充水时阻抗系数约为2.0。为了便于与泵后深埋出水管道的连接，同时优化进出水力状态，压力水箱1和补水箱2均采用卧式筒形箱。为了保证在最不利情况下也不会有空气进入压力水箱1，补水阻抗管5的断面之和设计较小，为4×0.407=1.63m²，对于一个大型泵站的设计流量而言，4根补水阻抗管5的较小断面之和能形成一定阻抗，限制了补水箱2进入压力水箱1补水量，使补水箱2的容积能滿足真空控制条件。补水箱2的容积可以结合输水管道系统的水锤计算机仿真程序确定的补水量来确定。筒体的直径和长度可根据泵房后的实际布置条件确定。补水箱2的合理容积的确定应保证应补水箱2内的水量在最不利工况下仍然有少量水量(设计工况下有超过50%多余水量)，保证空气不会进入压力水箱1。

在泵站正常运行时，泵站压力水箱1通过补水阻抗管5向补水箱2内充水，水体中携带的气体在补水箱2中分离后，由顶部进排气阀3向外排出；当泵站发生事故突然停泵时，压力水箱1的压力急剧降低(低于+6m)，补水箱2顶部气压低于大气压，进排气阀3进气，补水箱2向压力水箱1补水，用以消除泵站泵体及输水管道内的水锤负压；当输水管道中的水流速逐步减小到零时，由于补水箱2的补水作用，压力水箱1的水压开始回升，此时，应使补水箱2内保持至少10%左右的水量，以保证空气不会由补水箱2进入压力水箱1；当事故排除后，输水管线内的水压开始上升，压力水箱1和补水箱2的充水过程开始，由于补水箱2底部设置的补水阻抗管5有较高的阻抗，能有效地消耗管线中补水水流的动能，从而达到减小逆流过程造成的正水锤作用。

本发明的优点在于：

1、充分利用泵站水泵出口支管汇流用压力水箱和补水箱的组合设计，提供一种结构简单的水锤防护装置，其不但能够破坏负压影响，还能减小水锤作用，有效防止因受地形条件限制不能满足水泵出口管道深埋要求的泵站在出口处产生水锤负压；

2、补水箱为固定设计的水工结构，没有任何动作过程，可靠性较高，其计算合理的容积能够保证在最不利情况下也不会有空气进入压力水箱；与常用的水锤防护装置相比较，其在原理上具有明显优势，再者，经计算证明，其水力学效果也是最好的；

3、通过合理优化设计，本发明能够消除大型供水工程由于水体惯量变化产生水锤压力对管道造成的破坏，提高大型供水工程的运行安全性和检修便利性，节省工程造价并降低运行维护费用。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种适于大型深埋长距离输水泵站用的水锤防护装置，包括设置在水泵出口支管汇流处的压力水箱，所述压力水箱上方设置有补水箱，所述补水箱顶部设置有带有进排气阀的进排气管，补水箱下部设置有与压力水箱相连通的补水阻抗管。所述进排气管和补水阻抗管交错设置。本发明相对于其他水锤防护方案在原理上有明显优势，可以有效提高远距离输水系统的安全性和便利性，减少水锤防护措施的建设、运行和维护费用，节省工程投资。

技术研发人员：郑莉玲;朱兴旺;王文先;张新伟;杨尚宇;王全锋;王佳;王洋;李红帅;李新新
受保护的技术使用者：黄河勘测规划设计有限公司
技术研发日：2018.12.29
技术公布日：2019.03.08