摘 要：为探究两阶段线性关闭液控蝶阀第一、二阶段关闭时间对停泵水锤的影响，利用VisualBasic软件模拟某灌区泵站蝶阀在不同关闭时间下的停泵水锤值。结果表明，压力管路最大正压随蝶阀第一阶段关闭时间的增大而增大，随蝶阀第二阶段关闭时间的增大而减小；蝶阀防护时水泵反转速度改善明显，水泵最大反转速度随第一、二阶段关闭时间的增大而增大；单纯采用液控蝶阀对压力管路最大负压无明显改善。

关键字：蝶阀 关闭时间 水锤 泵站 压力

1 工程概况

某灌区水泵从水库取水，经压力管路输送至出水池，再通过明渠自流至农田进行灌溉。泵站设计净扬程为65m，设计灌溉流量为0.3m³/s，泵站装有2台型号为DFSS250-6/4的单级双吸离心泵，总装机容量370kW。水泵进出水支管分别采用DN350、DN300的钢管，出水总管采用长度为2400m的球墨铸铁管，管径为DN600。单泵额定流量为0.15m³/s，额定扬程为72m，额定效率为0.79，额定转速为1480r/min。为研究两阶段线性关闭液控蝶阀第一、二阶段关闭时间对停泵水锤的影响，利用VisualBasic软件，模拟泵站在不同蝶阀关闭时间下的停泵水锤值。研究成果对于改善管路压力，确保泵站系统的安全运行具有重要意义。

2 不同工况下停泵水锤计算

2.1 水锤计算数学模型

水锤计算的运动方程和连续方程分别为：

    （1）

    （2）

式中，g为重力加速度；H为压力水头；x为位置坐标，其正方向指向阀门方向；υ为管内水流流速，其正向为流向阀门方向；T为水锤发生时间；f为摩阻系数；D为输水管径；α为管路与水平面夹角；c为水锤波速。

停泵水锤的初始状态即水锤发生前水泵稳态运行状态，经计算单台水泵工作流量Q1=0.195m3/s，工作扬程H1=66.438m，工作效率η1=0.695，基于此稳态结果计算停泵水锤。

2.2 水泵出口阀门拒动作（无阀）工况

单台水泵出口阀门拒动作（无阀）工况下的水锤计算结果见表1。由表1可知，单台水泵运行在阀门拒工作时压力管路压力状态及水泵最大反转速度均不满足规范要求，因此考虑采用液控蝶阀进行防护。

表1 阀门拒动作（无阀）工况停泵水锤计算值

 

注：Hmax为最大正压；Hmin为最大负压；n为最大反转速度。

2.3 两阶段线性关闭液控蝶阀工况

2.3.1 蝶阀数学模型

蝶阀防护时的水头平衡方程为：

 

式中，Hs为泵进水支管侧的测管水头；ΔH_泵为泵的扬程；ΔH_阀为蝶阀引起的水头损失；Hp为泵出水总管侧的测管水头；ξ为蝶阀阻力系数，随阀门开启度而变化；A为蝶阀断面积。

2.3.2 蝶阀防护工况下的停泵水锤计算

以第一阶段关闭70°、第二阶段关闭20°为例，分析两阶段线性关闭液控蝶阀的关闭时间对停泵水锤的影响。为探究蝶阀第一阶段关闭时间T1对停泵水锤的影响，取T1=2.0～5.0ｓ，时间间隔ΔT＝0.2s，取第二阶段关闭时间T2=15、18s，停泵水锤计算结果见表2。

表2 第一阶段关闭工况停泵水锤计算结果

 

注：“－”表示压力为负值或水泵发生反转，下同。

蝶阀第二阶段关闭时间为第一阶段关闭时间的4～7倍，为探究蝶阀第二阶段关闭时间对停泵水锤的影响，取T1=2.0、2.5、3.0、3.5、4.0s，取T2=dT1，其中d=4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0，停泵水锤计算结果见表3。

由表2、3可知，单纯采用蝶阀对压力管路负压无明显改善，因此需考虑综合措施防护停泵水锤。

表3 第二阶段关闭工况停泵水锤计算结果

 

3 蝶阀关闭时间对停泵水锤的影响

根据表2、3计算结果，绘制停泵水锤发生时压力管路最大正压、水泵最大反转速度随蝶阀第一、二阶段关闭时间变化的曲线图，见图1。由图1可知：1T2一定时，压力管路最大正压与蝶阀第一阶段关闭时间成正比。2采用蝶阀防护时水泵反转速度改善明显。T2一定时，水泵最大反转速度与蝶阀第一阶段关闭时间成正比。③T1一定时，压力管路最大正压与蝶阀第二阶段关闭时间成反比。④T1一定时，水泵最大反转速度与蝶阀第二阶段关闭时间成正比。

 

图1 Hmax、n随T1、T2／T1变化的曲线

4 结论

ａ．蝶阀第二阶段关闭时间一定时，压力管路最大正压及水泵最大反转速度均与蝶阀第一阶段关闭时间成正比；蝶阀第一阶段关闭时间一定时，压力管路最大正压与蝶阀第二阶段关闭时间成反比，水泵最大反转速度与第二阶段关闭时间成正比。

ｂ．单纯采用蝶阀防护时水泵反转速度改善明显，但压力管路最大负压无明显改善，采用综合防护措施时水锤防护效果较好。