移动式虹吸管防汛抢险设备(移动式虹吸抢险泵)

移动式虹吸管防汛抢险设备（移动式虹吸抢险泵）技术研究报告广东省水利水电第三工程局二○○九年十二月-1-目录1引言...............................................................12研究目标和过程...................................................12.1研究目标.......................................................12.2研究过程.......................................................13第一代移动式虹吸抢险泵的研制.......................................23.1设备系统组成...................................................23.2设备的工作原理.................................................23.3设备的性能参数.................................................23.4主要部件的结构、性能及作用.....................................33.4.1主管.......................................................33.4.2进水阀.....................................................43.4.3充水排气管.................................................43.4.4出水阀.....................................................53.4.5其他部件的作用.............................................54第一代移动式虹吸抢险泵的生产应用情况..............................54.1应用过程.......................................................54.2应用情况总结...................................................65第二代移动式虹吸抢险泵的研制.......................................75.1研究目标.......................................................75.2研究过程.......................................................75.3设备系统组成...................................................75.4设备的性能参数.................................................75.5关键技术研究...................................................95.5.1硬管材料选择...............................................95.5.2管道接头研制...............................................105.5.3进水阀研制.................................................115.5.4泄水阀研制.................................................125.5.5活动弯头研制...............................................13-2-5.5.6其他主要部件的优化改进.....................................135.6第二代移动式虹吸抢险泵的整体试验...............................146第二代移动式虹吸抢险泵的生产应用情况...............................157成果的创造性、先进性...............................................168应用范围...........................................................169社会效益和经济效益.................................................16-1-1．引言在山区的许多小水库，有的没有排洪设施，有的由于年久失修导致排洪设施失效，有的排洪设施能力不够，一旦遇到超常的暴雨，来水量过大，洪水漫坝，这些水库的大坝及下游的人民生命财产就会有极大危险，而全部改造水库的排洪设施一时还难以实现，为应急抢险，就需要有专用的抢险设备，该设备应较轻便能移动，自带动力，组合式，平时存在仓库，一旦有某个水库遇险，就能迅速运到现场组装，快速投入使用，其抽水能力能满足小水库的排洪要求。经查新，目前在国内还没有能完全满足上述要求的设备。常用的水泵需要电源或自带发动机，而且重量较轻（单机重100kg以下，四个人能在山区抬行）方便移动的水泵流量太少能力不足，流量稍大的（500m3/h以上）的水泵重量都超过300kg，装卸及搬运都很困难；一些小水库也在采用虹吸管作为排洪及引水设施，管道跨过坝顶安装，对大坝的影响小，投资少，见效快，除充水排气外运行中不需要动力，但这些设施都是固定安装在一个水库，采用钢管焊接或法兰连接，不能移动，不能实现与其他水库共享。2007年6月12日，广东省防汛防旱防风总指挥部办公室下发《关于立即组织制造排洪抢险虹吸管设备的通知》（粤防办[2007]37号）要求我局研制移动式虹吸管防汛抢险设备：口径400mm，每套配钢管、PE管总长100米，配备小型灌水设备，采用预灌水方式启动。我局于当年7月研制了第一代移动式虹吸管防汛抢险设备（简称移动式虹吸抢险泵），经过一年的使用，参与了几次抢险任务后，针对第一代设备使用中存在的不足，我局于2008年7月开始进行设备的优化改进，于2009年8月完成了第二代设备的研制工作。2．研究目标和过程2.1研究目标研制移动式虹吸抢险泵，设备性能符合下列要求：1、设备为移动式组合设备，平时各组件存放在仓库，一旦有水库遇险，就能迅速运到现场组装，快速投入使用；2、设备利用虹吸原理工作，运行中不消耗能源；3、设备有较大的抽水能力，流量1000mm3/h以上。4、各部件重量较轻，连接较快，运输安装方便。2.2研究过程研制工作从2007年6月开始，2009年8月完成，经过了三个阶段：第一阶段：2007年6月到7月，研制生产了第一代设备。第二阶段：2007年8月到2008年6月，第一代设备投入抢险试用。第三阶段：2008年7月到2009年8月，针对第一代设备使用中发现的不足进行优化改进，-2-研制第二代设备。3．第一代移动式虹吸抢险泵的研制2007年6月我局接到广东省防汛防旱防风总指挥部办公室要求研制移动式虹吸抢险泵的通知后迅速组织技术人员进行研究、设计，于7月底生产了第一代移动式虹吸抢险泵，并通过了省三防办验收组的验收。3.1设备系统组成512346798101进水阀2主管3定角弯头4充水排气管5短管6出水阀7潜水泵8配电箱9发电机10照明装置吸程h1水位差h2图3.1第一代移动式虹吸抢险泵系统图设备系统如图3.1所示，设备的主要部件为DN400×3-4000的碳钢主管，其他部件还包括进水阀、充水排气阀、定角弯头、短管、出水阀、3KW潜水泵、8KW柴油发电机、配电箱、照明装置等，管道以法兰连接，其中潜水泵、柴油发电机、照明装置为市场采购产品，其他为自行设计制造的部件。3.2设备的工作原理设备利用虹吸原理工作：进水阀装于水库坝内水面以下，通过钢管和弯头连到坝顶最高处的充水排气阀，再通过钢管和弯头接到坝外低于水库水面处的出水阀；工作时，先用小潜水泵向管道中充水排净空气，然后打开出水阀，利用水库水面和管道出水口的水位差提供动力抽水，运行中不再需要消耗能源。3.3设备的性能参数1、管道规格：DN400；2、管道总长：100米，设备总重：4925kg；-3-3、最大吸程：6.5m4、进出水水位差要求：≥2.0m。5、最大流量：2200m3/h。6、潜水泵功率：3KW；7、发电机功率：8KW。3.4主要部件的结构、性能及作用3.4.1主管1MPa钢法兰DN400x3-4000钢管图3.4.1主管如图3.4.1所示，主管采用DN300x3-4000的Q235碳钢管，采用1MPa的钢制法兰连接，单重148kg/条，主管刚性件，是构成管道，实现虹吸的主要部件。1、抗负压能力验算抗负压能按下式计算：P=2E（δ/D）3/（1-μ2）…………………………………………(1)计算得：P=0.16MPa,大于设备工作时的最大负压0.1MPa（1个大气压），满足要求。其中：E为材料的弹性模量（碳钢200000MPa），μ为材料的泊松比（碳钢0.3）；δ为管的壁厚（0.003m），D为管的外径（0.42m）。2、正压能力验算PZ=2δ[σ]/D………………………………………………………(2).计算得：PZ=3.07MPa,满足要求。其中[σ]为材料的许用拉伸强度215MPa。3、架空长度计算按装满水的简支梁计算……(3)计算得L=20.98m，满足设备安装要求。L=1000D（1-（1-2α）4）[σ]（1-2α）2γ水+4（α-α2）γ管-4-其中：α=δ/D，γ水为水的比重10KN/m3、γ管为管材的比重(碳钢γ管=78.5KN/m3)。3.4.2进水阀剖视图外观图拦污网升降阀板导向架阀体1MPa钢法兰图3.4.2进水阀进水阀的作用是充水排气时关闭，运行时自动打开，是单向阀。其结构如图3.4.2所示，采用升降式阀板，阀板中心轴穿过导向架的中心孔，靠自重及管中的水压使阀板下降压紧密封面关闭阀门止水，抽水时水流推动阀板升高开启阀门，进水阀采用法兰连接，自重110kg。3.4.3充水排气管充水排气管的作用是在设备运行前通过它向管内灌水排净空气，其结构如图3.4.3所示，大管为DN400x3-2000的钢管，进水管为带截止阀的3”镀锌管，排气管为带截止阀的1”镀锌管，法兰连接，重95kg。1MPa钢法兰DN400x3-2000钢管3充水管1排气管图3.4.3充水排气阀示意图-5-3.4.4出水阀阀体阀板转轴锁紧手柄图3.4.3出水阀示意图出水阀的作用是控制出水，启动设备。结构如图3.4.4所示，由阀体和阀板组成，阀板一侧铰接在阀体上，另一侧装有锁紧手柄，充水时手柄扣紧在阀体上关闭阀板，启动设备时打开手柄，阀板弹开通水。安装时使出水口向上翘，以使水流向上抛出，避免水流直射地面。3.4.5其他部件的作用定角弯头的作用是实现管道转弯，有45°和22.5°两种规格，每套配备多个，组合成多种角度以适应地形。短管用以调节管道长度。潜水泵用以向管中灌水排气。柴油发电机用以向潜水泵及照明装置提供电源。照明装置用以为夜间安装提代灯光。4．第一代移动式虹吸抢险泵的生产应用情况第一代移动式虹吸管防汛抢险设备（虹吸抢险泵）研制成功后生产了三套设备，在2007-2008、2008-2009两个汛期中先后参加了三次抢险任务。4.1应用过程1、2008年3月的韶关市新丰县黄龙礤水电站抢险。黄龙礤水电站位于新丰县城上游2公里处，水库坝型为砌石圬工坝，坝顶长70.7米、坝高26米，正常库容36万立方米。该水库无放水通道，无泄