10.4 过渡过程及产生危害的防护

条文说明

10.4.1 当水泵机组事故失电时，管道系统将产生水锤（包括正压水锤和负压水锤）以及机组逆转。水锤压力的大小是管路系统的重要设计依据之一。泵站过渡过程的计算，计算水泵在失去动力后管路系统各参数的变化情况，并采取必要的防护措施，确保机组及管路系统的安全，是泵站设计的重要内容。
    针对高扬程、长压力管道的泵站，应该采用特征线法、波特性法等可靠的水锤计算方法对过渡过程进行精确计算，避免用图解法或经验公式简单估算。计算工况应该覆盖泵站运行期间可能出现的各种不利工况。
10.4.2 泵站过渡过程中，水锤防护主要包括以下几方面内容：
    （1）防止最大水锤压力对压力管道及管道附件的破坏；
    （2）防止压力管道内水柱断裂或出现不允许的负压；
    （3）防止机组反转造成水泵和电动机的破坏；
    （4）防止流道内压力波动对水泵机组的破坏。
    本条规定的反转速度不超过额定转速的1.2倍，是根据电动机的有关技术标准制定的。事实上，只要水锤防护设施（如多阶段关闭工作阀）选择得当，完全有可能将反转速度限制在很小的范围，甚至不发生反转。从机组的结构特点看，机组反转属于不正常的运行方式，容易造成某些部件的损坏，所以希望反转速度越小越好，但也应避免出现长时间的低速旋转。
    最大水锤压力值限制在水泵额定工作压力的1.3倍～1.5倍，主要考虑两方面因素：一是输水系统的经济性；二是采取适当的防护措施，最大水锤压力完全可以限制在此范围内。
    由于各地区的海拔高度不同，出现水柱分裂的负压值是不同的，在计算上应注意修正。为了减少输水系统工程费用，确保输水系统安全，针对高扬程、长压力管道的泵站，应根据泵站的重要程度、年运行时间、输水距离、输水管材的承压能力等选择合适的负压防护标准要求，当负压达到2.0m水柱时，宜装设真空破坏阀。对于长距离曲折管道，应利用空气阀、调压井等装置防止管道水柱拉断及再弥合，如在管线局部高点设置复合式空气阀。
    泵站水锤防护措施包括：调压井（水箱）、调压气罐、飞轮、水锤泄放阀、轴流式止回阀、多阶段缓闭阀、空气阀等。
10.4.3 轴流泵和混流泵出水流道的断流设施主要有拍门和快速闸门。采用虹吸式出水流道时，用真空破坏阀断流。
    采用真空破坏阀作为断流设施时，其动作应准确可靠。通过真空破坏阀的空气流速宜按50m/s～60m/s选取。采用拍门作为断流设施时，其断流时间应满足水锤防护要求，撞击力不能太大，不能危及建筑物和机组的安全运行。
    采用快速闸门作为断流设施时，应保证操作机构动作的可靠性。其断流时间满足设计要求，同时要对其经济性进行论证。
10.4.4 扬程高、管道长的大中型泵站，事故停泵可能导致机组长时间超速反转或造成水锤压力过大，因而推荐在水泵出口安装多阶段关闭的缓闭工作阀门，以及其他必要的防护措施。根据水泵过渡过程理论分析，水泵从事故失电至逆流开始的这个时段，如果阀门以比较快的速度关闭至某一角度（65°～75°），不至于造成过大的水锤压力升高或降低。管道出现逆流或稍后的某一时刻（如半相时间），阀门必须以缓慢的速度关闭至全关。由于阀门开始慢关时，阀瓣已关至某一角度，作用于水泵叶轮的压力已很小，虽然慢关时段较长，但也不会使机组产生大的反转速度。多阶段关闭阀门可以减少水锤压力，减小机组反转速度，又能动水启闭，有一阀多用的特点。