大高差供水管道水錘防護優(yōu)化研究.pdf

1、管道內(nèi)發(fā)生水錘現(xiàn)象時往往會造成水泵、閥門等設(shè)備的損壞，影響城市的正常供水。由于以往的供水管網(wǎng)設(shè)計不要求進行水錘計算，所以國內(nèi)對水錘的研究較少，但是越來越多的供水管網(wǎng)水錘事故，引起了人們對水錘危害的重視。
　　山區(qū)供水受到地形條件的限制，輸水管線起伏變化多，供水高差大，管道內(nèi)的水流條件不穩(wěn)定，容易發(fā)生變化。當(dāng)發(fā)生意外工況如突然停電導(dǎo)致停泵事故時，管道極易產(chǎn)生斷流彌合性水錘，嚴(yán)重時會造成管道破裂、水淹泵房等事故，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。因

2、此對輸水管道的水錘進行數(shù)值模擬，采取合適的水錘防護措施，對于優(yōu)化工程設(shè)計和保障供水安全有著重大的實際意義。
　　本文對水錘產(chǎn)生的機理、計算理論和防護方法進行了深入理解，重點研究了特征線法計算水錘的方法，通過求解簡單管路的關(guān)閥水錘，掌握了特征線法的計算步驟，結(jié)合對特征線法計算原理的理解，編寫計算機程序，實現(xiàn)了電算程序求解關(guān)閥水錘的模擬，可在工程上直接計算供水管道的關(guān)閥水錘，以分析關(guān)閥動作和關(guān)閥時間對關(guān)閥水錘的影響。先利用編程計算求解

3、，以某高揚程重力供水管線為例，分析了關(guān)閥動作和關(guān)閥時間對關(guān)閥水錘的影響；然后利用Hammer軟件，以山東省某景區(qū)的大高差供水管線為例，對水錘防護方法進行研究，分析了兩階段緩閉蝶閥、空氣閥、單向調(diào)壓塔和空氣罐等設(shè)備的水錘防護特性，對不同的防護措施進行優(yōu)化，模擬水錘防護效果，得到最優(yōu)的水錘防護方案，主要結(jié)論如下：
　　（1）通過對水錘產(chǎn)生機理的研究，認(rèn)識到供水管道內(nèi)會隨時發(fā)生水錘現(xiàn)象。深入研究了利用特征線求解水錘的方法，掌握了其計算步

4、驟，為進一步研究水錘和工程設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。一旦關(guān)閥不當(dāng)或突然停泵，水錘造成的危害極大，且水錘發(fā)生時管道壓力突升，足以破壞管道連接口，得出管道漏損主要是由水錘引起的結(jié)論；
　　（2）不同的關(guān)閥動作產(chǎn)生的影響不同，要結(jié)合實際的輸水情況，經(jīng)過合理的設(shè)計得出最佳的關(guān)閥方案。采用止回閥兩階段緩慢關(guān)閉的水錘防護措施，對正壓水錘的消減作用較好，但對降低管道負(fù)壓作用不大。緩閉止回閥關(guān)閉動作需針對性地設(shè)計，一旦設(shè)計不當(dāng)，會造成更不利的影響。工

5、程模擬時發(fā)現(xiàn)，停泵時止回閥處的最大升壓值為263.6mH2O，使用緩閉止回閥降低升壓，關(guān)閥時間低于60s時，壓力均大于停泵升壓，且30s關(guān)閥時，最大升壓值達到最大318.2 mH2O；
　?。?）在開發(fā)關(guān)閥水錘數(shù)值模擬程序的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開發(fā)不同約束條件下的水錘程序，以應(yīng)用于不同狀況的水錘計算和模擬；
　?。?）對供水管道進行水錘防護時，空氣閥采用快進慢出的進排氣方式，有利于降低管道的最大升壓值，設(shè)置空氣閥后止回閥處最大升壓值

6、為241.3 mH2O，比停泵時的升壓降低約20 mH2O。但是對于供水高差較大的工程，單純采用緩閉止回閥、復(fù)合式空氣閥對降低負(fù)壓的效果并不理想，需要與單向調(diào)壓塔聯(lián)合使用才能有效降低管道內(nèi)的負(fù)壓；
　　（5）空氣罐的罐體容積不大，但降壓和穩(wěn)定壓力成果顯著，適合景區(qū)使用，尤其是在小流量、大高差供水情況下防護效果較好，可以使發(fā)生水錘的管道內(nèi)壓力變得十分平穩(wěn)，通過設(shè)置位置的對比優(yōu)化研究，空氣罐宜設(shè)置在泵出口處附近。工程模擬時，采用復(fù)合式