Page 43 - 2022年第53卷第4期

为前池、出水池水位；n、q、h、m 分别为转速、 1100
流量、扬程、轴功率的相对值，基准值为额定值。
1000
液控蝶阀关闭规律：第一段关闭时间 2 s，关
闭阀门开度的 80%，第二段关闭时间为 18 s。 900
Z/m
由于在泵站事故断电的水力瞬变过程中出水 800
管距离 1408.0 ~ 3160 m 之间可能发生液体汽化的
700
［13］
液柱分离现象，采用了 Wylie 的自由气体-离散
模型。该模型不仅可以用来模拟存在自由气体的 600
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
管道水力瞬变，而且也可以模拟液柱分离现象和 x/m
图 3 出水管高程与距离的关系曲线
没有自由气体的水力瞬变。换句话说，自由气体-
1
离散模型适用于各种水力瞬变现象的计算分析，是目前广泛应用于液柱分离水击现象的计算方法 ［12，4］ 。
在一般情况下，一旦管道发生负压现象，都会采用工程措施防止发生液体汽化现象，例如采用
空气阀防护 ［15-16］ ，但对于本工程，采用空气阀并不能避免液体汽化现象的发生，因此有必要分析管道
承受负压的能力。
5.1 钢管承受负压的能力 本工程出水管存在液体汽化液柱分离的可能，下面分析出水管承受负压
的能力。根据美国水行业协会标准 AWWA M51《微量进排气阀、快速进排气阀及组合式快速进排气
阀》手册 4.5.1 条款，
3
p c = -66000000(e D ) 145 （10）
式中：p 为管道所能承受的负压，MPa；e 为管道厚度，m；D 为管道直径，m。
c
计算得到管道所能承受的负压后，为使管道更加安全，除以一个安全系数，最后得到最大允许负压
Δp = p c S F （11）
式中：Δp为最大允许负压，MPa；S 为安全系数，可取 3 或 4。
F
本工程出水管采用钢管，内径 D=0.8 m、壁厚 e=0.018 m，当取 S =4 时，可得Δp=-1.3 MPa=-132 m
F
水头，即本工程出水管能够承受-132 m 水头压力。由于实际管道液体汽化的负压一般约为-10 m 水
头，所以本工程出水管能够承受液体汽化的负压而不会塌陷。
5.2 泄压阀口径的影响 计算取水击泄压阀临界水压 H cri = 1.15H = 361 m，从完全关闭到完全开启
r
的线性开启时间 T =1 s，从完全开启到完全关闭的线性关闭时间 T =30 s。
open close
为水泵流动开始反
当 6 台泵同时事故断电时，不同泄压阀口径的计算结果列于表 2，其中：T Q min
向的时间；q 为水泵的最大反向流量相对值；n 为水泵的最大反向转速相对值，负号表示转动反
min max
向；y 为水击泄压阀的实际开启的最大开度；Q 为泄压阀最大泄流流量；T 为泄压阀实际开启时
max max opn
间；T 为泄压阀实际关闭时间；H 为液控蝶阀出口最大水压，h 为相对值；预设液体汽化压
cls 3，max 3，max
力为-9 m 水头。
表 2 水力过渡过程特征参数一览表

水泵 泄压阀 出水管
泄压阀 负压范围 最小
3
/s Q max/(m /s) T opn/s T cls/s H 3,max/m h 3,max/m
T Q min q min n max y max
口径/m 桩号/m 负压/m
1.42 -0.78 -0.83 468.3 1.56 1408~3160 -9.0
0.3 1.42 -0.76 -0.76 0.11 0.48 0.33 9.89 412.0 1.40
0.2 1.42 -0.77 -0.76 0.20 0.41 0.47 14.13 429.6 1.43
0.15 1.42 -0.77 -0.76 0.34 0.32 0.55 16.45 432.9 1.44
观察表 2 可得下述结论：（1）水击泄压阀具有较好的水击危害防护效果，机组反向最大转速相对
|=0.83 下降到 0.76，水泵出口最大水压从 H =468.3 m 下降到 412.0 ~ 432.9 m；（2）泄压阀
值从|n max
3，max
在水力瞬变过程中只是部分开启，开启时间 T 和关闭时间 T 随泄压阀口径的减小而增加，最大开
opn cls
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