專利名稱：一種泵站壓縮空氣斷流方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體輸送技術(shù)，尤其適用于虹吸式出水流道大泵站超駝峰水位運(yùn)行狀態(tài)下的停機(jī)斷流技術(shù)。
目前，為了解決向江河排水的大泵站超駝峰水位運(yùn)行停機(jī)斷流的技術(shù)問題，普遍采用在虹吸式出水流道出口增設(shè)快速閘門的工程措施。我國六、七十年代興建的向江河排水的許多大泵站，一般采用虹吸式出水流道，習(xí)慣上把虹吸管頂部稱為“駝峰”，在進(jìn)行泵站設(shè)計(jì)時(shí)為使駝峰起到斷流擋水的作用，其底部高程按略高于泵站的最高運(yùn)行水位確定。但是，由于江河水文條件的變化，河床淤積，以及排水標(biāo)準(zhǔn)的提高，近年來，這類泵站超駝峰水位頻繁出現(xiàn)。為了減輕內(nèi)澇災(zāi)害，迫切要求在超駝峰水位下開機(jī)排水。但是，當(dāng)遭遇超駝峰水位時(shí)，如果泵站開機(jī)排水因突然失電或其它差錯(cuò)而事故停泵，外江水就會(huì)倒流翻越駝峰，致使水泵機(jī)組飛逸倒轉(zhuǎn)，甚至毀壞設(shè)備，造成更為嚴(yán)重的損失。所以，泵站能否開機(jī)安全運(yùn)行，取決于停機(jī)斷流的技術(shù)措施是否有效可靠。如上所述，盡管目前普遍采用快速閘門作為泵站停機(jī)的斷流措施在技術(shù)上是可行的，但快速閘門在運(yùn)行過程中，存在著失靈的可能，故一般要求設(shè)置事故閘門，這樣就使得工程布置產(chǎn)生困難，工程投資及保養(yǎng)費(fèi)用大大增加。所以上述泵站的停機(jī)斷流技術(shù)是當(dāng)前防洪減災(zāi)中亟待解決的首要問題。
本發(fā)明的目的就在于克服目前大泵站超駝峰運(yùn)行因故停機(jī)斷流時(shí)存在的問題，所提出的一種壓縮空氣斷流方法及其裝置，可保證泵站的安全可靠運(yùn)行。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即在駝峰頂部注入壓縮空氣；注入壓縮空氣的裝置主要由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、氣體噴射器及相應(yīng)的管道和閥門組成。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明。


圖1為排水泵站進(jìn)出水流道示意圖，圖2為本裝置示意圖，圖3為氣體噴射器示意圖，圖4為本裝置布置圖，圖5為氣體噴射器結(jié)構(gòu)圖。
其中A-進(jìn)水流道，B-出水流道，C-主泵，D-駝峰，E-導(dǎo)葉檢修人孔，H1-進(jìn)水流道水位，H2-出水流道水位，H3-駝峰底部高程，Δh1-注入壓縮空氣所造成的壓力水頭，Δh2-外江水位超過駝峰底部的高差，1-空氣壓縮機(jī)，2-儲(chǔ)氣罐，3-常開電磁空氣閥，4-常閉電磁空氣閥，5-氣體噴射器，6-原真空破壞閥，7-駝峰頂部，8-蝶閥，9-升降式排氣閥，10-輸氣管，11-旁通管，12-三通，13-噴嘴，14-喉管，15-擴(kuò)散管，16-吸入室，17-吸氣管，18-吸氣單向閥，19-室內(nèi)地坪，20-屋頂。
由圖1可知，大型排水泵站的排水通道是由進(jìn)水流道A、主泵C、及出水流道B組成的，它將內(nèi)湖與外江連通。圖1中出水流道B呈虹吸管形式，故此被稱為虹吸式出水流道。當(dāng)主泵失去驅(qū)動(dòng)力后，在正常情況下，打開真空破壞閥，空氣自動(dòng)進(jìn)入駝峰D，使管內(nèi)氣壓與大氣壓力相等，在重力作用下，駝峰D兩側(cè)水體被隔開，并分別降至進(jìn)、出水池水位。這就是虹吸管破壞真空斷流的原理。
本發(fā)明就是在駝峰頂部7注入壓縮空氣，使管內(nèi)水面氣壓高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ瑒t駝峰D兩側(cè)的水面將分別下降至相等的高度Δh1。這樣即使外江水位H2高于駝峰底部高程H3，只要在駝峰頂部7注入壓縮空氣，就可強(qiáng)行將管內(nèi)水面壓低。實(shí)際運(yùn)用時(shí)，注入壓縮空氣所造成的壓力水頭Δh1大于或等于外江水位超過駝峰D底部的高差Δh2，使虹吸管出口段內(nèi)的水面低于駝峰D底部，江水即被壓縮空氣阻隔，不會(huì)發(fā)生倒灌。
為了在泵站實(shí)現(xiàn)本壓縮空氣斷流方法，設(shè)計(jì)了一種壓縮空氣斷流裝置。由圖2可知，本裝置主要由空氣壓縮機(jī)1、儲(chǔ)氣罐2、氣體噴射器5及相應(yīng)的管道和閥門組成，并按下列順序連接空氣壓縮機(jī)1→儲(chǔ)氣罐2→常開電磁空氣閥3→常閉電磁空氣閥4→輸氣管10→氣體噴射器5→三通12→旁通管11→駝峰頂部7。該裝置的功能就是在主泵C停機(jī)前的正常運(yùn)行期間，儲(chǔ)氣罐2預(yù)先儲(chǔ)存足夠的壓縮空氣，當(dāng)主泵C突然失電停機(jī)時(shí)，常閉電磁空氣閥4立即打開，向流道注入壓縮空氣斷流，斷流成功后，常開電磁空氣閥3關(guān)閉，停止注入壓縮空氣，結(jié)束斷流。需要說明的是，在該裝置中原真空破壞閥6需進(jìn)行改造，其閥蓋必須用外力固定并嚴(yán)格密封。經(jīng)氣體噴射器5過來的壓縮空氣從真空破壞閥6下端原旁通管11處進(jìn)入流道駝峰頂部7。在正常水位下，當(dāng)主泵C停機(jī)斷流需從原真空破壞閥6處進(jìn)氣破壞真空斷流時(shí)，可采用本壓縮空氣裝置代替原真空破壞閥6進(jìn)氣破壞真空。另一方面，當(dāng)主泵C啟動(dòng)需從原真空破壞閥6處排氣時(shí)，所排氣體可從旁通管11經(jīng)三通12、蝶閥8、升降式排氣閥9排至大氣。這些設(shè)計(jì)保證了本壓縮空氣斷流裝置所實(shí)施的超駝峰水位斷流技術(shù)的正確應(yīng)用，并且不與主泵C正常停機(jī)進(jìn)氣和主泵C啟動(dòng)排氣等其它技術(shù)措施相沖突。
由圖3可知，氣體噴射器5由噴嘴13、喉管14、擴(kuò)散管15、吸入室16及吸氣管17等組成，這些都與常規(guī)氣體噴射器相同，所不同的是在吸氣管17上裝設(shè)了吸氣單向閥18，其作用是當(dāng)吸入室16內(nèi)的氣壓大于大氣壓時(shí)(此時(shí)氣體噴射器5不能從外界吸入大氣)，自動(dòng)關(guān)閉吸氣管17，防止壓縮空氣從吸氣管17進(jìn)入大氣。該氣體噴射器5是本壓縮空氣斷流裝置的關(guān)鍵設(shè)備，作為減壓增量的變換器，一方面達(dá)到了減壓閥的減壓效果，另一方面在通過噴嘴13、喉管14以及擴(kuò)散管15向流道輸入壓縮空氣的同時(shí)，通過吸氣管17吸入了大量的外界空氣，使之與儲(chǔ)氣罐2來的壓縮空氣混合后注入出水流道B。當(dāng)流道B內(nèi)氣壓下降，需要加大補(bǔ)氣量時(shí)，氣體噴射器5可自動(dòng)加大吸氣量，有效地阻止流道B氣壓下降，起到單純用儲(chǔ)氣罐2壓縮空氣斷流所起不到的作用，即滿足了壓縮空氣斷流的技術(shù)要求，使該項(xiàng)技術(shù)在工程中得以實(shí)施。
向出水流道B注入壓縮空氣，主要是從駝峰頂部7的真空破壞閥6下端的旁通管11處注入，通過計(jì)算，若所需儲(chǔ)氣罐2的壓力或體積過大，工程上難以布置且不經(jīng)濟(jì)，還可考慮從出水流道導(dǎo)葉檢修人孔E處注入壓縮空氣，以延緩駝峰D前流道倒流時(shí)間和速度。這一措施特別適合于出水流道B布置上升和下降角度較大的虹吸式出水流道堤身式泵站。
本發(fā)明與快速閘門斷流方案相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1．無需改動(dòng)泵站的水工結(jié)構(gòu)，工程實(shí)施簡單。
2．控制閥門全部在室內(nèi)，便于運(yùn)行監(jiān)控和排除故障，操作可靠性高。
3．工程投資省，約為快速閘門斷流方案的三分之一。
4．便于維修和保養(yǎng)，使用年限長。
5．基于水中氣體在浮力作用下向上運(yùn)動(dòng)的特性，特別適合于出水流道B布置上升和下降角度大的虹吸式出水流道堤身式泵站。
作為實(shí)施例，本裝置布置如圖4所示，空氣壓縮機(jī)1，氣體噴射器5等部件安置在室內(nèi)地坪19上，儲(chǔ)氣罐2安置在屋頂20上。
作為實(shí)施例，本裝置的氣體噴射器結(jié)構(gòu)如圖5所示，圖中尺寸是根據(jù)某泵站超駝峰水位停機(jī)斷流要求的具體條件，經(jīng)過停泵過渡過程計(jì)算確定的。由于該形式氣體噴射器5的吸氣單向閥18的閥板是靠重力關(guān)閉的，所以必須與地面垂直安裝。
本發(fā)明既可單獨(dú)實(shí)施事故停機(jī)斷流，也可與快速閘門配合使用完成斷流。此外，泵站在停機(jī)防洪期間，如果閘門因關(guān)閉不到位或止水不嚴(yán)而漏水，還可用壓縮空氣向流道內(nèi)充氣，加大流道氣壓，以平衡閘門內(nèi)外側(cè)壓差，阻止超駝峰外江水流向內(nèi)湖倒灌。
權(quán)利要求
1．一種泵站壓縮空氣斷流方法，用于虹吸式出水流道大泵站超駝峰水位運(yùn)行狀態(tài)下，其特征是在駝峰頂部注入壓縮空氣。
2．一種實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的壓縮空氣斷流裝置，其特征是該裝置主要由空氣壓縮機(jī)(1)、儲(chǔ)氣罐(2)、氣體噴射器(5)及相應(yīng)的管道和閥門組成，并按下列順序連接空氣壓縮機(jī)(1)→儲(chǔ)氣罐(2)→常開電磁空氣閥(3)→常閉電磁空氣閥(4)→輸氣管(10)→氣體噴射器(5)→三通(12)→旁通管(11)→駝峰頂部(7)。
3．按權(quán)利要求2所述的壓縮空氣斷流裝置，其特征是，作為減壓增量變換器的氣體噴射器(5)的吸入管(17)上裝有能自動(dòng)控制吸氣的吸氣單向閥(18)。
4．按權(quán)利要求1和2所述的一種泵站壓縮空氣斷流方法及其裝置，其特征是由儲(chǔ)氣罐(2)通過氣體噴射器(5)向虹吸式出水流道(B)注入壓縮空氣的部位有①駝峰頂部(7)，如原真空破壞閥(6)下端的旁通管(11)處；②虹吸式出水流道(B)導(dǎo)葉檢修人孔(E)處；其中①處為注入壓縮空氣的最佳位置，②處可作為輔助位置在必要時(shí)采用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種泵站壓縮空氣斷流方法及其裝置,適用于直接向江河排水的虹吸式出水流道大泵站超駝峰水位運(yùn)行的停機(jī)斷流。本發(fā)明提出采用注入到虹吸式出水流道駝峰的高壓空氣切斷水流的原理實(shí)施停機(jī)斷流。其裝置主要由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、氣體噴射器及相應(yīng)的管道和閥門組成。該斷流裝置無水下工程、投資省、運(yùn)行安全可靠,較徹底地解決了大泵站超駝峰水位運(yùn)行事故停機(jī)斷流問題。
文檔編號(hào)F04B15/02GK1279354SQ99116528
公開日2001年1月10日 申請日期1999年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月23日
發(fā)明者李江云, 李繼珊, 馬彥斌 申請人:武漢水利電力大學(xué)