一种解决高扬程输水系统正压过大的阀门操作方法

摘要

本发明公开了一种解决高扬程输水系统正压过大的阀门操作方法，包括(1)输水系统正常运行的情况下，液控球阀处于全开状态；(2)水泵抽水断电后，液控球阀快速关闭至零开度；(3)待空气罐底部最大压力上升至正压临界值时，快速开启液控球阀至目标小开度，将过大的正压释放至进水池；(4)保持步骤(3)的小开度，待过大的正压释放完毕，再缓慢关闭液控球阀至零开度，防止出水池的水倒流。本发明解决了高扬程输水系统正压过大的问题，不需要额外的增加防护措施，就可有效地保护输水系统的安全，在实际过程中可以替代管道上的超压泄压阀，减小空气罐的体积，从而节省工程投资。

权利要求

1.一种解决高扬程输水系统正压过大的阀门操作方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）输水系统正常运行的情况下，液控球阀处于全开状态，所述的输水系统包括进水池和出水池，进水池和出水池之间的输水管道上依次安装水泵、液控球阀和空气罐；

（2）水泵抽水断电后，液控球阀快速关闭至零开度，其中，水泵发生抽水断电事故时，要求输水系统不出现负压，且最大内水压力不超过管道承压标准；

（3）待空气罐底部最大压力上升至正压临界值时，快速开启液控球阀至目标小开度，将过大的正压释放至进水池；

（4）保持步骤（3）的小开度，待过大的正压释放完毕，再缓慢关闭液控球阀至零开度，防止出水池的水倒流。

2.根据权利要求1所述的一种解决高扬程输水系统正压过大的阀门操作方法，其特征在于，所述步骤（3）中空气罐底部最大压力的临界值由管道最大承压标准减去安全值确定。

3.根据权利要求1所述的一种解决高扬程输水系统正压过大的阀门操作方法，其特征在于，所述的水泵、液控球阀和空气罐均靠近进水池布置。

说明书

一种解决高扬程输水系统正压过大的阀门操作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种阀门操作方法，尤其涉及一种解决高扬程输水系统正压过大的阀门操作方法。

背景技术

[0002] 长距离供水工程是目前解决水资源短缺问题最直接有效的途径，但输水管线的安全是输水工程中的一个重大难题。水泵抽水断电或阀门突然关闭均会产生水锤，威胁输水
系统的安全。由于空气罐安装管理方便，对水锤正负压力均有较好的防护效果，在长距离供
水工程中备受青睐。

[0003] 一般情况下，空气罐的体积越大其水锤防护效果越好，但在实际工程中空气罐的大小要受经济、安装等因素的影响。对于水泵后设置了空气罐的输水工程，水泵抽水断电
后，为了防止罐内水体向水泵前倒流，减小空气罐的体积，水泵后的阀门需要快速关闭。对
于地形走势较平缓、水泵扬程不大的输水系统，在空气罐的体积满足管道最小压力的承受
标准时，输水系统最大压力往往也能满足管道的承压标准。因此，输水系统最小压力往往是
优化空气罐体积的控制因素。但对于地形落差较大的输水工程，其水泵扬程一般较大，采用
管道最小压力的承受标准优化得到的空气罐体型往往难以满足最大压力的承受标准。此情
况可以通过在系统正压较大的地方安装超压泄压阀来保护输水管道的安全，但采用泄压阀
减压时，需要考虑泄压阀的排水问题，不利于输水系统的运行管理。此外，安装超压泄压阀
还会额外增加工程投资。目前工程上较为常见的解决办法是增大空气罐的体积，但仅仅为
了防护系统正压而额外增加空气罐的体积显然不是一种经济的做法。

[0004] 可见，设计一种经济可靠的系统减压方案，使系统最大正压满足管道承压标准的同时又不额外增加空气罐的体积已成为噬待解决的技术问题。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明目的是提供一种解决高扬程输水系统正压过大的阀门操作方法，有效地保护输水系统的安全。

[0006] 技术方案：本发明包括以下步骤：

[0007] (1)输水系统正常运行的情况下，液控球阀处于全开状态；

[0008] (2)水泵抽水断电后，液控球阀快速关闭至零开度；

[0009] (3)待空气罐底部最大压力上升至正压临界值时，快速开启液控球阀至目标小开度，将过大的正压释放至进水池；

[0010] (4)保持步骤(3)的小开度，待过大的正压释放完毕，再缓慢关闭液控球阀至零开度，防止出水池的水倒流。

[0011] 所述步骤(3)中空气罐底部最大压力的临界值由管道最大承压标准减去安全值确定。

[0012] 所述的水泵发生抽水断电事故时，要求输水系统不出现负压，且最大内水压力不超过管道承压标准。

[0013] 所述的输水系统包括进水池和出水池，所述的进水池和出水池之间依次安装有水泵、液控球阀和空气罐。

[0014] 所述的水泵、液控球阀和空气罐均靠近进水池布置。

[0015] 有益效果：本发明解决了高扬程输水系统正压过大的问题，不需要额外的增加防护措施，就可有效地保护输水系统的安全，在实际过程中可以替代管道上的超压泄压阀，减
小空气罐的体积，从而节省工程投资。

附图说明

[0016] 图1为本发明含空气罐的输水系统布置示意图；

[0017] 图2为水泵掉电后不同防护方案下液控球阀相对开度变化过程图；

[0018] 图3为水泵掉电后不同防护方案下空气罐底部压力变化过程图；

[0019] 图4为水泵掉电后不同防护方案下输水系统最小压力包络线图；

[0020] 图5为水泵掉电后不同防护方案下输水系统最大压力包络线图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0022] 如图1所示，本发明包括进水池1和出水池6，进水池1和出水池6之间的输水管道5上依次安装水泵2、液控球阀3和空气罐4，水泵2、液控球阀3和空气罐4均靠近进水池1布置。
输水系统的地形落差和水泵扬程较大，空气罐4的体积在满足管道负压的要求时不能满足
正压的要求。在输水系统正常运行的情况下，液控球阀3处于全开状态。当泵站突然发生抽
水断电事故时，液控球阀3在空气罐4内的水体向进水池1倒流时快速关闭至零开度，使空气
罐4的水体更多地补给管道，充分利用空气罐4的负压防护特性。当空气罐4内的水位经过一
定的震荡时间，空气罐4底部压力上升至最大压力临界值时，快速开启液控球阀3至某一小
开度，将过大的正压释放至进水池。保持该小开度一段时间，待过大的压力释放完毕，再缓
慢关闭液控球阀3至零开度，防止出水池6的水倒流。

[0023] 由于不同的输水系统，水泵2的工作特性及液控球阀3的过流特性均不同，两者的特性曲线可有水泵或阀门厂家提供。此外，不同的输水系统空气罐4及管道承压标准也不相
同，液控球阀3由全开关闭至零的规律根据水泵2处的流量开始倒流的时间确定；阀门动作
时，管道内的压力响应有一定的延迟时间，空气罐4底部最大压力的临界值由管道最大承压
标准减去一个安全值确定。当气罐底部压力上升至最大压力临界值时，液控球阀3的开度不
能过大，否则会使管道内的压力波动值较大，局部管道的最小压力不能满足要求。液控球阀
3具体的开启规律、小开度值、小开度的保持时间以及由小开度关闭至零开度的关闭规律由
阀门的过流特性曲线结合管道正负压的承压标准确定。

[0024] 本实施例的输水线路总长10.40km，设计总流量1.30m3/s。进水池1的设计水位711.00m，经水泵2加压后通过DN1200输水管道5输水至出水池6，出水池6的设计水位
876.00m。泵站共安装四台设计扬程为167.00m的卧式双吸离心泵(3用1备)。当水泵2发生抽
水断电事故时，要求输水系统不出现负压，且最大内水压力不超过250.0m。

[0025] 本实施例设计了三种不同的防护方案，三种方案空气罐的体型参数见表1所示。水泵掉电时，方案A与B的球阀关闭规律相同，均由全开经过5s关闭至零开度；方案C的球阀采
用本发明的关闭规律，即掉电时先由全开经过5s关闭至零开度；当空气罐底部压力达到临
界值200.0m(承压标准250.0m减去安全值50.0m)时，阀门由零开度5s内开启至0.1开度，保
持此开度30s后，液控球阀由0.1开度采用30s一段直线关闭的关闭规律关闭至零开度。三种
方案液控球阀的具体动作规律如图2所示。

[0026] 表1空气罐体型参数

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[0028] 表2不同防护方案压力极值统计

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[0030] 由表2和图3至图5可知，方案A空气罐的总体积为44.22m3，能满足输水系统负压的防护要求，但输水系统最大正压为280.61m，远远超过了管道的承压标准。方案B空气罐的总
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体积为100.80m ，可以同时满足输水管道正压及负压的要求，方案B与方案A液控球阀的操
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作方式相同，但为了防护系统正压，空气罐的体积增加了56.58m。方案C空气罐的总体积与
方案A的相同，液控球阀的操作方式不同；方案C与方案B的防护效果基本相同，即方案C同时
满足输水管道正压及负压的要求，但方案C空气罐的体积比方案B减小了127.95％。可见采
用本发明的方法可以很好解决高扬程输水系统正压过大的问题，有效减小空气罐的总体
积，节省工程投资。