一种井群供水系统中水泵与调流阀配合动作的停泵方法

摘要

本发明涉及一种井群供水系统中水泵与调流阀配合动作的停泵方法，其包括以下步骤：设置一包括N台水源地水泵、N个水泵多功能控制阀、一个输水主管道、一个调流阀、一个水池和一个计算机监控系统的井群供水系统；根据水泵多功能控制阀的关闭时间t确定各水源地水泵的停泵时间间隔t

说明书

技术领域

本发明涉及一种井群供水系统中的停泵方法，特别是关于一种井群供水系统中水 泵与调流阀配合动作的停泵方法。

背景技术

对于具有多台水泵同时工作、并且多台水泵配合干管末端调流阀对水量进行控制 的长距离井群供水系统，现有的停泵方法有两种：（1）先关闭末端调流阀再停泵；（2） 先停泵再关闭末端调流阀。对于方法（1），虽然可以保证停泵后管道内充满水，避免 下次供水时水泵空管启动，但是这种方法会导致部分水泵机组长时间运行在关死点， 从而使叶轮与水流之间的高速摩擦所引起的急剧升高的温度最终破坏水泵机组的轴 封；同时还有可能因为水锤而发生爆管事故。而对于方法（2），虽然可以避免水泵长 时间运行在关死点，但是容易造成局部高点位置处的管道脱流，引发负压条件下的水 柱拉断，水发生相变而呈汽态，从而有可能发生管道汽蚀及断流水柱再弥合水锤的问 题；同时脱流引起的空管现象会加大下次供水时管道排气的工作量。因此，现有停泵 方法往往会导致井群供水系统中停泵水锤事故的发生。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种简单、可靠的井群供水系统中水泵与调 流阀配合动作的停泵方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种井群供水系统中水泵与调流阀 配合动作的停泵方法，其包括以下步骤：1）设置一包括N台水源地水泵、N个水泵 多功能控制阀、一个输水主管道、一个调流阀、一个水池和一个计算机监控系统的井 群供水系统；2）根据水泵多功能控制阀的关闭时间t计算各水源地水泵的停泵时间间 隔t₀为：t₀＝kt，式中，k为时间系数，其取值范围为：0≤k≤1；根据水泵多功能控 制阀的关闭时间t和水源地水泵的台数N计算调流阀提前动作时间T₀为：

$T_0=x\frac{N}{t},$

式中，x为常数系数，其取值范围为：1400≤x≤1600；根据停泵时间间隔t₀和调流 阀提前动作时间T₀计算调流阀关闭时间T和N台水源地水泵的停泵总时间T₁分别为：

T＝T₀+(N-1)(t+t₀)，

T₁＝T₀+Nt+(N-1)t₀；

3）在调流阀关闭过程中，根据步骤2）计算得到的停泵时间间隔t₀、调流阀关闭时间 T和N台水源地水泵的停泵总时间T₁，从第N台水源地水泵到第一台水源地水泵逐一 停止各水源地水泵，其具体包括以下步骤：（1）计算机监控系统采用电力驱动方式在 起始时刻t_s开始线性关闭调流阀，经过调流阀关闭时间T后，在t_s+T时刻完全关闭调 流阀；（2）在调流阀关闭时间T内，按照各水源地水泵到调流阀的距离，从第N台水 源地水泵到第一台水源地水泵逐一停止各水源地水泵，其具体包括以下步骤：①在 t_s+T₀时刻第一台水源地水泵掉电，第一台水源地水泵连接的第一个水泵多功能控制 阀依靠其自身进出口压力差开始关闭，在t_s+T₀+t时刻第一个水泵多功能控制阀被完 全关闭，即第一台水源地水泵停止工作；②在t_s+T₀+t+t₀时刻第二台水源地水泵掉 电，第二台水源地水泵连接的第二个水泵多功能控制阀依靠其自身进出口压力差开始 关闭，在t_s+T₀+2t+t₀时刻第二个水泵多功能控制阀被完全关闭，即第二台水源地水 泵停止工作；③重复步骤①～②中关闭水泵多功能控制阀和停止水源地水泵的过程， 直到t_s+T₀+(N-1)t+(N-1)t₀时刻，第N台水源地水泵连接的第N个水泵多功能控 制阀依靠其自身进出口压力差开始关闭，在t_s+T₀+Nt+(N-1)t₀时刻第N个水泵多 功能控制阀被完全关闭，即第N台水源地水泵停止工作；（3）根据步骤（1）和步骤 （2），当第N个水泵多功能控制阀开始关闭时，计算机监控系统采用电力驱动方式控 制调流阀恰好关闭完成。

所述步骤1）中，N台水源地水泵分别通过N个水泵多功能控制阀以串联或并联 方式连接在输水主管道上。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于根据水泵多功能 控制阀的关闭时间t和水源地水泵的台数N，计算得到停泵时间间隔t₀、调流阀提前 动作时间T₀、调流阀关闭时间T和N台水源地水泵的停泵总时间T₁等时间参数，在调 流阀关闭过程中，根据计算得到的时间参数，从第N台水源地水泵到第一台水源地水 泵逐一停止各水源地水泵，因此在停泵过程中本发明能够避免各水源地水泵长时间运 行在关死点，并能够减少因断流引发水的汽态相变以及关阀引起的高压水锤危害。2、 本发明由于采用计算机监控系统控制调流阀，使得第N个水泵多功能控制阀开始关闭 时，调流阀恰好关闭完成，因此本发明能够保证在停泵后，输水主管道内充满水，从 而减少下次启泵充水的过程。基于以上优点，本发明可以广泛应用于井群供水系统中。

附图说明

图1是本发明的井群供水系统结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明是基于井群供水系统实现的，如图1所示，井群供水系统包括N台水源地 水泵1、N个水泵多功能控制阀2、一个输水主管道3、一个调流阀4、一个水池5和 一个计算机监控系统6。N台水源地水泵1分别设置在水源地井群中，并分别通过N个 水泵多功能控制阀2以串联或并联方式连接在输水主管道3上，输水主管道3的末端 通过调流阀4连接位于井群供水系统下游的水池5，计算机监控系统6控制调流阀4 的阀门动作。按照各水源地水泵1到调流阀4的距离，对各水源地水泵1进行从1#到 N#的编号。

本发明的井群供水系统中水泵与调流阀配合动作的停泵方法包括以下步骤：

1）设置一包括N台水源地水泵1、N个水泵多功能控制阀2、一个输水主管道3、 一个调流阀4、一个水池5和一个计算机监控系统6的井群供水系统。其中，N台水 源地水泵1分别通过N个水泵多功能控制阀2以串联或并联方式连接在输水主管道3 上。

2）根据水泵多功能控制阀2的关闭时间t确定各水源地水泵1的停泵时间间隔t₀， 根据水泵多功能控制阀2的关闭时间t和水源地水泵1的台数N确定调流阀4提前动 作时间T₀，根据停泵时间间隔t₀和调流阀4提前动作时间T₀确定调流阀4关闭时间T和 N台水源地水泵1的停泵总时间T₁，其具体包括以下步骤：

①根据所选用水泵多功能控制阀2的关闭时间t计算得到停止每个水泵多功能控 制阀2所连接的水源地水泵1的停泵时间间隔t₀为：

t₀＝kt   （1）

式（1）中，k为时间系数，其取值范围为：0≤k≤1。当k＝0时，停泵时间间隔 t₀＝0，为无间隔的停泵方式，即耗时最少的停泵方式。对于长距离且起伏大的井群输 水系统，为减少停泵水锤波对泵站运行稳定性的影响，建议k取值为1。

②根据所选用水泵多功能控制阀2的关闭时间t和水源地水泵1的台数N计算得 到调流阀4提前动作时间T₀为：

$T_0=x\frac{N}{t}---\left(2\right)$

式（2）中，x为常数系数，根据常规泵站水力过渡过程计算确定x的取值范围为： 1400≤x≤1600。

③根据停泵时间间隔t₀和调流阀4提前动作时间T₀计算得到调流阀4关闭时间T 和N台水源地水泵1的停泵总时间T₁分别为：

T＝T₀+(N-1)(t+t₀)   （3）

T₁＝T₀+Nt+(N-1)t₀   （4）

3）在调流阀关闭过程中，根据步骤2）计算得到的停泵时间间隔t₀、调流阀4关 闭时间T和N台水源地水泵1的停泵总时间T₁，从第N台水源地水泵1到第一台水源 地水泵1逐一停止各水源地水泵1，其具体包括以下步骤：

（1）计算机监控系统6采用电力驱动方式在起始时刻t_s开始线性关闭调流阀4， 经过调流阀4关闭时间T后，在t_s+T时刻完全关闭调流阀4。

（2）在调流阀4关闭时间T内，按照各水源地水泵1到调流阀4的距离，采用“自 下而上”的顺序（即从第N台水源地水泵1到第一台水源地水泵1）逐一停止各水源 地水泵1，其具体包括以下步骤：

①在t_s+T₀时刻第一台水源地水泵1掉电，第一台水源地水泵1连接的第一个水 泵多功能控制阀2依靠其自身进出口压力差开始关闭，经过一个水泵多功能控制阀2 的关闭时间t，即在t_s+T₀+t时刻第一个水泵多功能控制阀2被完全关闭，亦即第一 台水源地水泵1停止工作。

②经过一个停泵时间间隔t₀，即在t_s+T₀+t+t₀时刻第二台水源地水泵1掉电， 第二台水源地水泵1连接的第二个水泵多功能控制阀2依靠其自身进出口压力差开始 关闭，经过一个水泵多功能控制阀2的关闭时间t，即在t_s+T₀+2t+t₀时刻第二个水 泵多功能控制阀2被完全关闭，亦即第二台水源地水泵1停止工作。

③重复步骤①～②中关闭水泵多功能控制阀2和停止水源地水泵1的过程，直到 t_s+T₀+(N-1)t+(N-1)t₀时刻，第N台水源地水泵1连接的第N个水泵多功能控制 阀2依靠其自身进出口压力差开始关闭，经过一个水泵多功能控制阀2的关闭时间t， 即在t_s+T₀+Nt+(N-1)t₀时刻第N个水泵多功能控制阀2被完全关闭，亦即第N台 水源地水泵1停止工作，从而使N台水源地水泵1全部停止工作。

（3）根据步骤（1）和步骤（2），当第N个水泵多功能控制阀2开始关闭时，计 算机监控系统6采用电力驱动方式控制调流阀4恰好关闭完成。

实施例：设置一包括12台水源地水泵1、12个水泵多功能控制阀2、一个输水主 管道3、一个调流阀4和一个水池5的长距离井群供水系统。其中，12台水源地水泵 1同时工作，该井群供水系统的总输水流量为40000m³/d，按照各水源地水泵1到调流 阀4的距离对各水源地水泵1进行从1#到12#的编号。正常工作时，12台水源地水泵 1中泵出口额定压力最小为79.5×10³mmH₂O。各水泵多功能控制阀2均采用关闭时间t 为60s的两阶段关闭规律，其中，快关25s至30%开度，慢关35s至0开度。采用本 发明的井群供水系统中水泵与调流阀配合动作的停泵方法，其包括以下步骤：

1）计算停泵时间间隔t₀、调流阀4提前动作时间T₀、调流阀4关闭时间T和12 台水源地水泵1的停泵总时间T₁。

①根据水泵多功能控制阀2的关闭时间t＝60s，兼顾停泵的时间成本和泵站的运 行稳定性，将时间系数k设定为k＝0.5，则各水源地水泵1的停泵时间间隔t₀为：

t₀＝kt＝0.5×60s＝30s。

②选定常数系数x＝1500，根据水泵多功能控制阀2的关闭时间t＝60s、水源地 水泵1的台数N＝12和常数系数x，确定调流阀4提前动作时间T₀为：

$T_0=x\frac{N}{t}=1500\times \frac{12}{60}s=300s·$

③根据停泵时间间隔t₀和调流阀4提前动作时间T₀，通过式（3）和式（4）计算 得到调流阀4关闭时间T和12台水源地水泵1的停泵总时间T₁分别为：

T＝T₀+(N-1)(t+t₀)＝300s+(12-1)×(60+30)s＝1290s，

T₁＝T₀+Nt+(N-1)t₀＝300s+12×60s+(12-1)×30s＝1350s。

2）根据步骤1）得到的各参数分别停止12台水源地水泵1。

①将起始时刻t_s设定为0，计算机监控系统6采用电力驱动方式在0时刻开始线 性关闭调流阀4，在线性关闭调流阀4的第300s，第一台水源地水泵1掉电，1#水源 地水泵1连接的1#水泵多功能控制阀2依靠其自身进出口压力差开始关闭，在第360s 时1#水泵多功能控制阀2被完全关闭，即1#水源地水泵1停止工作。

②在第390s时第二台水源地水泵1掉电，2#水源地水泵1连接的2#水泵多功能 控制阀2依靠其自身进出口压力差开始关闭，在第450s时2#水泵多功能控制阀2被 完全关闭，即2#水源地水泵1停止工作。

③重复步骤①～②中关闭水泵多功能控制阀2和停止水源地水泵1的过程，直到 第1290s时，12#水源地水泵1连接的12#水泵多功能控制阀2依靠其自身进出口压力 差开始关闭，在第1350s时刻12#水泵多功能控制阀2被完全关闭，即12#水源地水泵 1停止工作，从而使12台水源地水泵1全部停止工作，同时当12#水泵多功能控制阀 2开始关闭时即第1290s时，计算机监控系统6采用电力驱动方式控制的调流阀4恰 好在关闭总时间T内关闭完成。

采用本发明的停泵方法，通过常规泵站水力过渡过程计算，得到该井群供水系统 主输水管的最大压力为70.9×10³mmH₂O，最小压力为0.9×10³mmH₂O。其中，最大压力 没有超出所选12台水源地水泵1中泵出口额定压力最小值的1.5倍，最小压力在大气 压以上。与现有停泵方法相比，采用本发明的停泵方法得到的该井群供水系统主输水 管的最大压力下降了11%，最小压力也由负压提高到大气压以上。

上述实施例仅用于说明本发明，其中运行的水源地水泵数、水泵多功能控制阀的 关闭规律、停泵时间间隔和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案 的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。