CN1279354A - 一种泵站压缩空气断流方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵站压缩空气断流方法及其装置,适用于直接向江河排水的虹吸式出水流道大泵站超驼峰水位运行的停机断流。本发明提出采用注入到虹吸式出水流道驼峰的高压空气切断水流的原理实施停机断流。其装置主要由空气压缩机、储气罐、气体喷射器及相应的管道和阀门组成。该断流装置无水下工程、投资省、运行安全可靠,较彻底地解决了大泵站超驼峰水位运行事故停机断流问题。

Description

一种泵站压缩空气断流方法及其装置

本发明涉及流体输送技术，尤其适用于虹吸式出水流道大泵站超驼峰水位运行状态下的停机断流技术。

目前，为了解决向江河排水的大泵站超驼峰水位运行停机断流的技术问题，普遍采用在虹吸式出水流道出口增设快速闸门的工程措施。我国六、七十年代兴建的向江河排水的许多大泵站，一般采用虹吸式出水流道，习惯上把虹吸管顶部称为“驼峰”，在进行泵站设计时为使驼峰起到断流挡水的作用，其底部高程按略高于泵站的最高运行水位确定。但是，由于江河水文条件的变化，河床淤积，以及排水标准的提高，近年来，这类泵站超驼峰水位频繁出现。为了减轻内涝灾害，迫切要求在超驼峰水位下开机排水。但是，当遭遇超驼峰水位时，如果泵站开机排水因突然失电或其它差错而事故停泵，外江水就会倒流翻越驼峰，致使水泵机组飞逸倒转，甚至毁坏设备，造成更为严重的损失。所以，泵站能否开机安全运行，取决于停机断流的技术措施是否有效可靠。如上所述，尽管目前普遍采用快速闸门作为泵站停机的断流措施在技术上是可行的，但快速闸门在运行过程中，存在着失灵的可能，故一般要求设置事故闸门，这样就使得工程布置产生困难，工程投资及保养费用大大增加。所以上述泵站的停机断流技术是当前防洪减灾中亟待解决的首要问题。

本发明的目的就在于克服目前大泵站超驼峰运行因故停机断流时存在的问题，所提出的一种压缩空气断流方法及其装置，可保证泵站的安全可靠运行。

本发明的目的是这样实现的，即在驼峰顶部注入压缩空气；注入压缩空气的装置主要由空气压缩机、储气罐、气体喷射器及相应的管道和阀门组成。

下面结合附图和实施例进一步说明。

图1为排水泵站进出水流道示意图，

图2为本装置示意图，

图3为气体喷射器示意图，

图4为本装置布置图，

图5为气体喷射器结构图。

其中：A-进水流道，B-出水流道，C-主泵，D-驼峰，E-导叶检修人孔，H₁-进水流道水位，H₂-出水流道水位，H₃-驼峰底部高程，Δh₁-注入压缩空气所造成的压力水头，Δh₂-外江水位超过驼峰底部的高差，1-空气压缩机，2-储气罐，3-常开电磁空气阀，4-常闭电磁空气阀，5-气体喷射器，6-原真空破坏阀，7-驼峰顶部，8-蝶阀，9-升降式排气阀，10-输气管，11-旁通管，12-三通，13-喷嘴，14-喉管，15-扩散管，16-吸入室，17-吸气管，18-吸气单向阀，19-室内地坪，20-屋顶。

由图1可知，大型排水泵站的排水通道是由进水流道A、主泵C、及出水流道B组成的，它将内湖与外江连通。图1中出水流道B呈虹吸管形式，故此被称为虹吸式出水流道。当主泵失去驱动力后，在正常情况下，打开真空破坏阀，空气自动进入驼峰D，使管内气压与大气压力相等，在重力作用下，驼峰D两侧水体被隔开，并分别降至进、出水池水位。这就是虹吸管破坏真空断流的原理。

本发明就是在驼峰顶部7注入压缩空气，使管内水面气压高于当地大气压力，则驼峰D两侧的水面将分别下降至相等的高度Δh₁。这样即使外江水位H₂高于驼峰底部高程H₃，只要在驼峰顶部7注入压缩空气，就可强行将管内水面压低。实际运用时，注入压缩空气所造成的压力水头Δh₁大于或等于外江水位超过驼峰D底部的高差Δh₂，使虹吸管出口段内的水面低于驼峰D底部，江水即被压缩空气阻隔，不会发生倒灌。

为了在泵站实现本压缩空气断流方法，设计了一种压缩空气断流装置。由图2可知，本装置主要由空气压缩机1、储气罐2、气体喷射器5及相应的管道和阀门组成，并按下列顺序连接：空气压缩机1→储气罐2→常开电磁空气阀3→常闭电磁空气阀4→输气管10→气体喷射器5→三通12→旁通管11→驼峰顶部7。该装置的功能就是在主泵C停机前的正常运行期间，储气罐2预先储存足够的压缩空气，当主泵C突然失电停机时，常闭电磁空气阀4立即打开，向流道注入压缩空气断流，断流成功后，常开电磁空气阀3关闭，停止注入压缩空气，结束断流。需要说明的是，在该装置中原真空破坏阀6需进行改造，其阀盖必须用外力固定并严格密封。经气体喷射器5过来的压缩空气从真空破坏阀6下端原旁通管11处进入流道驼峰顶部7。在正常水位下，当主泵C停机断流需从原真空破坏阀6处进气破坏真空断流时，可采用本压缩空气装置代替原真空破坏阀6进气破坏真空。另一方面，当主泵C启动需从原真空破坏阀6处排气时，所排气体可从旁通管11经三通12、蝶阀8、升降式排气阀9排至大气。这些设计保证了本压缩空气断流装置所实施的超驼峰水位断流技术的正确应用，并且不与主泵C正常停机进气和主泵C启动排气等其它技术措施相冲突。

由图3可知，气体喷射器5由喷嘴13、喉管14、扩散管15、吸入室16及吸气管17等组成，这些都与常规气体喷射器相同，所不同的是在吸气管17上装设了吸气单向阀18，其作用是当吸入室16内的气压大于大气压时(此时气体喷射器5不能从外界吸入大气)，自动关闭吸气管17，防止压缩空气从吸气管17进入大气。该气体喷射器5是本压缩空气断流装置的关键设备，作为减压增量的变换器，一方面达到了减压阀的减压效果，另一方面在通过喷嘴13、喉管14以及扩散管15向流道输入压缩空气的同时，通过吸气管17吸入了大量的外界空气，使之与储气罐2来的压缩空气混合后注入出水流道B。当流道B内气压下降，需要加大补气量时，气体喷射器5可自动加大吸气量，有效地阻止流道B气压下降，起到单纯用储气罐2压缩空气断流所起不到的作用，即满足了压缩空气断流的技术要求，使该项技术在工程中得以实施。

向出水流道B注入压缩空气，主要是从驼峰顶部7的真空破坏阀6下端的旁通管11处注入，通过计算，若所需储气罐2的压力或体积过大，工程上难以布置且不经济，还可考虑从出水流道导叶检修人孔E处注入压缩空气，以延缓驼峰D前流道倒流时间和速度。这一措施特别适合于出水流道B布置上升和下降角度较大的虹吸式出水流道堤身式泵站。

本发明与快速闸门断流方案相比，具有以下优点：

1．无需改动泵站的水工结构，工程实施简单。

2．控制阀门全部在室内，便于运行监控和排除故障，操作可靠性高。

3．工程投资省，约为快速闸门断流方案的三分之一。

4．便于维修和保养，使用年限长。

5．基于水中气体在浮力作用下向上运动的特性，特别适合于出水流道B布置上升和下降角度大的虹吸式出水流道堤身式泵站。

作为实施例，本装置布置如图4所示，空气压缩机1，气体喷射器5等部件安置在室内地坪19上，储气罐2安置在屋顶20上。

作为实施例，本装置的气体喷射器结构如图5所示，图中尺寸是根据某泵站超驼峰水位停机断流要求的具体条件，经过停泵过渡过程计算确定的。由于该形式气体喷射器5的吸气单向阀18的阀板是靠重力关闭的，所以必须与地面垂直安装。

本发明既可单独实施事故停机断流，也可与快速闸门配合使用完成断流。此外，泵站在停机防洪期间，如果闸门因关闭不到位或止水不严而漏水，还可用压缩空气向流道内充气，加大流道气压，以平衡闸门内外侧压差，阻止超驼峰外江水流向内湖倒灌。

Claims (4)

1．一种泵站压缩空气断流方法，用于虹吸式出水流道大泵站超驼峰水位运行状态下，其特征是在驼峰顶部注入压缩空气。

2．一种实施权利要求1所述方法的压缩空气断流装置，其特征是该装置主要由空气压缩机(1)、储气罐(2)、气体喷射器(5)及相应的管道和阀门组成，并按下列顺序连接：空气压缩机(1)→储气罐(2)→常开电磁空气阀(3)→常闭电磁空气阀(4)→输气管(10)→气体喷射器(5)→三通(12)→旁通管(11)→驼峰顶部(7)。

3．按权利要求2所述的压缩空气断流装置，其特征是，作为减压增量变换器的气体喷射器(5)的吸入管(17)上装有能自动控制吸气的吸气单向阀(18)。

4．按权利要求1和2所述的一种泵站压缩空气断流方法及其装置，其特征是由储气罐(2)通过气体喷射器(5)向虹吸式出水流道(B)注入压缩空气的部位有：①驼峰顶部(7)，如原真空破坏阀(6)下端的旁通管(11)处；②虹吸式出水流道(B)导叶检修人孔(E)处；其中①处为注入压缩空气的最佳位置，②处可作为辅助位置在必要时采用。

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