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
技術領域：
本發(fā)明涉及流體輸送技術，尤其適用于虹吸式出水流道大泵站超駝峰水位運行狀態(tài)下的停機斷流技術。
目前，為了解決向江河排水的大泵站超駝峰水位運行停機斷流的技術問題，普遍采用在虹吸式出水流道出口增設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，習慣上把虹吸管頂部稱為“駝峰”，在進行泵站設計時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，以及排水標準的提高，近年來，這類泵站超駝峰水位頻繁出現(xiàn)。為了減輕內澇災害，迫切要求在超駝峰水位下開機排水。但是，當遭遇超駝峰水位時，如果泵站開機排水因突然失電或其它差錯而事故停泵，外江水就會倒流翻越駝峰，致使水泵機組飛逸倒轉，甚至毀壞設備，造成更為嚴重的損失。所以，泵站能否開機安全運行，取決于停機斷流的技術措施是否有效可靠。如上所述，盡管目前普遍采用快速閘門作為泵站停機的斷流措施在技術上是可行的，但快速閘門在運行過程中，存在著失靈的可能，故一般要求設置事故閘門，這樣就使得工程布置產生困難，工程投資及保養(yǎng)費用大大增加。所以上述泵站的停機斷流技術是當前防洪減災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行因故停機斷流時存在的問題，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行。
本發(fā)明的目的是這樣實現(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、儲氣罐、氣體噴射器及相應的管道和閥門組成。
下面結合附圖和實施例進一步說明。


圖1為排水泵站進出水流道示意圖，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為氣體噴射器結構圖。
其中A-進水流道，B-出水流道，C-主泵，D-駝峰，E-導葉檢修人孔，H1-進水流道水位，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，2-儲氣罐，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-擴散管，16-吸入室，17-吸氣管，18-吸氣單向閥，19-室內地坪，20-屋頂。
由圖1可知，大型排水泵站的排水通道是由進水流道A、主泵C、及出水流道B組成的，它將內湖與外江連通。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。當主泵失去驅動力后，在正常情況下，打開真空破壞閥，空氣自動進入駝峰D，使管內氣壓與大氣壓力相等，在重力作用下，駝峰D兩側水體被隔開，并分別降至進、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，使管內水面氣壓高于當?shù)卮髿鈮毫?，則駝峰D兩側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，就可強行將管內水面壓低。實際運用時，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，使虹吸管出口段內的水面低于駝峰D底部，江水即被壓縮空氣阻隔，不會發(fā)生倒灌。
為了在泵站實現(xiàn)本壓縮空氣斷流方法，設計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1、儲氣罐2、氣體噴射器5及相應的管道和閥門組成，并按下列順序連接空氣壓縮機1→儲氣罐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停機前的正常運行期間，儲氣罐2預先儲存足夠的壓縮空氣，當主泵C突然失電停機時，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關閉，停止注入壓縮空氣，結束斷流。需要說明的是，在該裝置中原真空破壞閥6需進行改造，其閥蓋必須用外力固定并嚴格密封。經氣體噴射器5過來的壓縮空氣從真空破壞閥6下端原旁通管11處進入流道駝峰頂部7。在正常水位下，當主泵C停機斷流需從原真空破壞閥6處進氣破壞真空斷流時，可采用本壓縮空氣裝置代替原真空破壞閥6進氣破壞真空。另一方面，當主泵C啟動需從原真空破壞閥6處排氣時，所排氣體可從旁通管11經三通12、蝶閥8、升降式排氣閥9排至大氣。這些設計保證了本壓縮空氣斷流裝置所實施的超駝峰水位斷流技術的正確應用，并且不與主泵C正常停機進氣和主泵C啟動排氣等其它技術措施相沖突。
由圖3可知，氣體噴射器5由噴嘴13、喉管14、擴散管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上裝設了吸氣單向閥18，其作用是當吸入室16內的氣壓大于大氣壓時(此時氣體噴射器5不能從外界吸入大氣)，自動關閉吸氣管17，防止壓縮空氣從吸氣管17進入大氣。該氣體噴射器5是本壓縮空氣斷流裝置的關鍵設備，作為減壓增量的變換器，一方面達到了減壓閥的減壓效果，另一方面在通過噴嘴13、喉管14以及擴散管15向流道輸入壓縮空氣的同時，通過吸氣管17吸入了大量的外界空氣，使之與儲氣罐2來的壓縮空氣混合后注入出水流道B。當流道B內氣壓下降，需要加大補氣量時，氣體噴射器5可自動加大吸氣量，有效地阻止流道B氣壓下降，起到單純用儲氣罐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要求，使該項技術在工程中得以實施。
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，通過計算，若所需儲氣罐2的壓力或體積過大，工程上難以布置且不經濟，還可考慮從出水流道導葉檢修人孔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1．無需改動泵站的水工結構，工程實施簡單。
2．控制閥門全部在室內，便于運行監(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動的特性，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。
作為實施例，本裝置布置如圖4所示，空氣壓縮機1，氣體噴射器5等部件安置在室內地坪19上，儲氣罐2安置在屋頂20上。
作為實施例，本裝置的氣體噴射器結構如圖5所示，圖中尺寸是根據某泵站超駝峰水位停機斷流要求的具體條件，經過停泵過渡過程計算確定的。由于該形式氣體噴射器5的吸氣單向閥18的閥板是靠重力關閉的，所以必須與地面垂直安裝。
本發(fā)明既可單獨實施事故停機斷流，也可與快速閘門配合使用完成斷流。此外，泵站在停機防洪期間，如果閘門因關閉不到位或止水不嚴而漏水，還可用壓縮空氣向流道內充氣，加大流道氣壓，以平衡閘門內外側壓差，阻止超駝峰外江水流向內湖倒灌。
權利要求
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行狀態(tài)下，其特征是在駝峰頂部注入壓縮空氣。
2．一種實施權利要求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(1)、儲氣罐(2)、氣體噴射器(5)及相應的管道和閥門組成，并按下列順序連接空氣壓縮機(1)→儲氣罐(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)上裝有能自動控制吸氣的吸氣單向閥(18)。
4．按權利要求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行的停機斷流。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施停機斷流。其裝置主要由空氣壓縮機、儲氣罐、氣體噴射器及相應的管道和閥門組成。該斷流裝置無水下工程、投資省、運行安全可靠,較徹底地解決了大泵站超駝峰水位運行事故停機斷流問題。
文檔編號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