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泥浆输移流量突变巨弘国际的研制及应用

来源:作者:发表时间:2019-11-01 14:31:55

摘 要: 泥浆输移流量突变巨弘国际的研制及应用旨在研究一种在技术、经济方面适合泵淤固堤施工的合理机具和施工工艺技术,以解决在泵淤施工中的机械检修停工、压力崩管、空吸、回流等造成的施工不便和损失。通过对流量阀控制阀安装和压力泵突然启动管道水击问题分析,决定在管道上安装: ① 输沙管道流量调节装置; ② 输沙管道防水击装置。经试验,在泵淤施工中加以应用,通过调节闸阀开度,保证了泥浆池的入、出平衡,提高了生产效率,减少了管道崩裂现象。
1 概述
泥浆输送施工是在取土区采用高压水枪将土打成泥浆,利用泥浆泵把泥浆输送到开放式集浆池,再利用加压泵通过排沙管道输送到指定地点。全部正常运作时,泥浆池入流量和出流量相同,可以保持泥浆进出平衡。然而在施工过程中却存在如下问题:
1) 当 1 ~2 台泥浆泵设备损坏需要检修,这时泥浆池入流量少,出流量多,平衡被破坏,会造成施工被迫停工。复工则需要清理管中的淤沙,导致作业效率降低,施工工期延长。
2) 施工开始时,管道内充满液体,骤然启动加压泵将导致管内流速突然加快,使内水压力急剧升高,发生严重的水击,导致压力管道薄弱处崩裂,影响施工的正常进行。
针对以上出现的问题,急需研究一种在技术、经济方面适合泵淤固堤施工的合理机具和施工工艺技术,以解决在泵淤施工中的机械检修停工、压力崩管、空吸、回流等造成的施工不便和损失。
2 泥浆输移流量突变巨弘国际选择
2. 1 吸浆管控制阀
生产实践中吸浆管直径为 300 mm,所以选择直径为 300 mm 的手动控制闸阀。因为液体为带有悬浮颗粒介质的液体(含沙量为 40% ~60%),所以考虑选用刀型平板闸阀。因刀型闸阀具有结构简单紧凑、设计合理、轻型节材、密封可靠、操作轻便灵活、体积小、通道流畅、流阻小、重量轻、易安装、易拆卸等优点,且刀型闸阀其闸板具有剪切功能,可刮除密封面上的粘着物,自动清除杂物,不锈钢闸板可防止腐蚀引起的密封泄漏,结合泥浆特性(悬浮沙量为 40% ~ 60%的流体)及吸浆管管径(常用管径为 300 mm),选择直径为 300 mm 的手动控制刀型平板闸阀 [1] 。闸阀工作压力为 1. 0 ~ 2. 5 MPa; 使用温度为-29℃ ~550℃情况下正常工作。
2. 2 回浆管控制阀
开始回浆管闸阀全开,不承担管道压力,后又慢慢关闭,其承担动压基本等于加压泵正常运行时的管道液体压力,而闸阀不同开度时,管径越小,水头损失系数增大; 闸阀直径大小不同时,随着闸阀开度增大,其局部水头损失越小,逐渐趋近一个定值,经计算分析,直径为 150 mm 的闸阀的局部水头损失系数最小(见表 1 所示) [2] 。所以选择使用直径为 150 mm的手动控制刀型平板闸阀(如图 1 所示)。
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2. 3 泥浆输移设备
1) 排沙管道: 直径为 300 mm 的钢管,每根长为6 m,总长根据施工需要选择。
2) 加压泵1 台: 型号300BS; 流量为1 000 m 3 /h。配套电机功率为 110 kW、转速为 990 r/s、频率为50 Hz、电压为 380 V、电流为 205 A。
3) 泥浆泵 4 台: 型号 4PL; 流量为 250 m 3 /h。流量控制系统布置见图 2 所示。
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3 应急保护可行性分析及泥浆输送系统改造
3. 1 控制阀调节流量分析
通过泥浆输送试验,得出闸阀开度与管道各点处流速关系(见表 2 及图 3 所示[1] )。从表 2、图 3 可知,阀门开度越小,相应管道各处的流速也越小; 且闸阀开度一定的情况下,输浆管道越长,管内的恒定流速越小。
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综上分析可见,在吸浆管上安装阀门能起到调节流量的作用。
3. 2 控制阀安装位置分析
加压泵的调节方法有阀门调节、改变转速调节、改变叶片安放角调节等。因为工程中加压泵的配套电机功率为 110 kW,是定值,不可能任意调节转速,也不可能随意改变叶片安放角,所以只能用阀门调节流量。
调节阀门安放在吸浆管道上。与常规安放在出浆管上相比优点是: 可以避免因阀门关闭内压过大,引起管道崩裂。缺点是: 在吸浆管上安装阀门,阀门关闭一定程度会引起扬程降低,如果压力泵安置较高,会使得泥浆不能上吸达到加压泵入口高程 [3] 。因此,吸浆管阀门开度不能太小,以避免泥浆不能上吸问题。
3. 3 加压泵突然启动管道水击问题分析
在加压泵停止运行时,管道泥浆中的泥沙会由悬浮状慢慢沉淀,尤其是在管道转弯上行处,会出现管道部分堵塞甚至是全部堵住的现象。等加压泵再次启动后会冲开堵住的部分,并把沉淀的泥沙慢慢随水流带走。但是在这个过程中管道转弯上行处就会发生严重的水击现象。
试验过程中,通过测水击水柱高度和回浆管的流速发现,回浆管流速越快,加压泵水击水柱的高度越高,即水击压力越大,二者成直线正比关系。同时,试验管道长度和流速的关系发现,管道越长出口处的流速就越小,相应的值即速度变化值就会越大,即水击增压值也就越大,所以,对于长管道水泵启动的水击现象就会更加严重。
以上试验分析均按纯水计算,如果为均质固液两相流,水击压力峰值将会更高(如图 4 所示)。综上所述,为保证管道不被水击现象所崩裂,须消减长管道的水击增压值。
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3. 4 泥浆输送系统改造
针对上述出现的问题,通过分析研究,对泥浆输送系统进行针对性改造。
1) 加压泵的吸浆管安装直径为 300 mm 的控制闸阀,控制进入加压泵的流量。在 4 台 4PL 泥浆泵 1 ~2台损坏的情况下,调节控制闸阀开度至 1/2 ~ 3/4 之间,控制泥浆流量,使泥浆池进出流量达到新的平衡,保证施工不间断。检修好损坏的泥浆泵,再完全打开控制闸阀,加压泵正常运行。
2) 在加压泵第 1 节出浆管一侧,安装 150 mm 的回流管道及回流控制阀门。回流管道和集浆池相连,在启动加压泵时,将回流阀门全部打开,进行管道分流,降低管道内压,待加压泵启动后再慢慢关闭回流阀门。可避免管道水击崩裂现象的发生。泥浆输移流量突变巨弘国际示意如图 5 所示。
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4 泥浆输移流量突变巨弘国际应用
4. 1 工程概况
黄河下游防洪工程包括河南段和山东段,治理河道为黄河干流河南省孟津县白鹤(西霞院水库下游)至山东省垦利县渔洼,河段长为 820 km。治理河段河道蜿蜒前行,河势游荡多变,为典型的平原游荡性河道。本期建设任务是在现有防洪工程的基础上,通过堤防加固、险工改建加固,以及河道整治等工程措施,提高黄河下游防洪能力,保障沿岸防洪安全。黄河下游防洪工程(河南段)第五标段工程的合同项目及工作内容: 堤防加固 17. 004 km,堤顶防汛路修 53. 111 km,新堤新建防汛路 1. 694 km,防浪林3. 630 km。堤防加固主要形式为泵淤。泥浆输送采用组合泵开采淤筑,每条排泥管线配备组合泵 1 套,每套设备起点处由 1 台 300BS 加压泵(1 000 m 3 /h,直径为 300 mm,见图 6 所示)配 4 台 22 kW、4PL 泥浆泵(250 m 3 /h)组成。大泥浆泵起点端设集浆池 1 处,集浆池容量按5 00 m 3 考虑。为保证输沙效率,各放淤段按照以下原则布置设备: 输沙距不超过2 km 时,泥浆通过排泥管直接输送至淤筑区; 超过2 km 时,中间每隔2 km 采用相同型号泥浆泵进行加压接力; 第 1 个加压泵前安装 1 套流量突变巨弘国际。约每 5 ~6 km 处设集浆池(500 m 3 ),集浆后再加压接力,加压接力设备选同种型号泥浆泵。
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4. 2 应用效果
1) 施工中通过调节闸阀开度,保证了泥浆池的入、出平衡。施工中 4 台 22 kW4PL 高压水枪将土打成泥浆,由 300BS 加压泵从集桨池中输送出来,加压泵的吸浆管安装直径为 300 mm 的控制闸阀,在工作中有 1 ~ 2台高压水枪损坏,需要进行短时间维修,通过调节该闸阀开度至 1/2 ~3/4 之间,减小加压泵泥浆的吸入流量,从而保证了泥浆池的入、出平衡,使泥浆输移保持不中断。
2) 利用泥浆回流阀门进行管道分流,降低了管道内压。在 300BS 直径为 300 mm 加压泵的第 1 节出浆管一侧,安装 150 mm 的回流管道及回流控制阀门。回流管道和集浆池相连,在加压泵启动时,加压泵水击水柱的高度很高,即水击压力很大,先全部打开泥浆回流阀门,利用泥浆回流阀门进行管道分流,水击压力大大减小,待加压泵启动稳定后再慢慢关闭回流阀门。从而避免了排沙管道焊缝开裂和管道接头损坏。
3) 通过流量控制阀门的调节,减轻了加压泵经常处于满负荷工作状态。对于取土区土质不同时,泥浆的单位重量差异会很大,加压泵工作效率、电压、电流都会随之发生变化,单位重量大时(如粘土含量大),易造成加压泵超负荷运转、发热等问题,此时通过调节流量控制阀门变小,减少泥沙流量,减少加压泵长时间处于满负荷工作状态,提前防范管道崩裂的风险。
5 结语
国内关于泵淤方法进行堤防加固技术的研究成果很多,很多工程中都有运用。经过大量细致的工作,研究比较实用的泥浆输移流量突变巨弘国际,为放淤固堤工程施工提供一套有效的施工设备和技术。进一步对装置进行优化完善,方便在生产实践中推广应用。