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多种防护措施联合应用的长距离输水管道水锤消除研究

时间:2020-09-27    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大


多种防护措施联合应用的长距离输水管道水锤消除研究
高将1,2,张宝军2,袁涛2
(1.江苏建筑职业技术学院 建筑智能学院,江苏 徐州 221116;
2.江苏建筑节能与建造技术协同创新中心,江苏 徐州 221116)
摘 要
:
,
分析
,主
,
,
线
,建
水锤计算模型,对分别采用单一防护措施和多种水锤防护两种方案进行了对比研究,结果表明:多
种防护措施联合应用可以很好的保证系统最大水锤升压平稳降至管道承压以内,消减管路负压,
防止管路断流,消除断流弥合水锤,确保管路系统安全可靠运行.
关键词:长距离;超压泄压阀;调压塔;水锤防护
中图分类号:TU991.39;TV674 文献标志码:A 文章编号:2095 3550(2019)01 0038 04
Studyonwaterhammereliminationinlongdistancewaterpipeline
withcombinedapplicationofvariousprotectionmeasures
GAOJiang1,2,ZHANGBaoJun2,YUAN Tao2
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Abstract:Aimingatthehazardsofwatercolumnse
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tablishedbyusingthecharacteristicline method.A comparativestudyis madeonthetwo
schemesofsingleprotectionand multiple waterhammerprotectionrespectively.Theresults
showthatthecombinedapplicationofvariousprotectivemeasurescanensurethatthemaximum
waterhammerpressureofthesystemcanbesteadil
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收稿日期:2019 01 22
基金项目:江苏建筑节能与建造技术协同创新中心第二批开放基
金 项 目;2017 年 度 江 苏 省 建 设 系 统 科 技 项 目
(2017ZD022)
作者简介:高将,男,江苏省徐州人,讲师,硕士,研究方向为
给水排水工程技术.
E mail:gaojiang518@163.com
西北某矿区供水工程,管路全线长7054.6m, 线路较长,属于长距离供水工程,采用一级加压泵
站加压,首端为高位水池,水面高程为1556.00m,
管线末 端 出 水 池 水 面 高 程 为 1603.9m,管 径 为
DN250、DN300两种规格,管材为钢管、复合管,采
用单管输水,其纵断面图如图1所示.
像这种供水管路水 锤 危 害 巨 大,其 中 又 以 长
距离输水管路水锤防护难度最大[1].针对长距离
输水特点,在 进 行 具 体 的 水 锤 分 析 时,如 何 能 够第1期
高将,等:多种防护措施联合应用的长距离输水管道水锤消除研究
3
9
根据管路现 状,选 取 有 效 的 水 锤 防 护 措 施,进 行
科学的水锤 防 护 设 计,提 出 合 理 化 建 议,尽 可 能
做到消减甚至消除水锤危害,是设计人员亟需解
决的问题.
图1 西北某矿区供水工程管段纵断面
Fig.1
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1 长距离输水管路及水锤的产生
随着城市的快速发展,人口的日益剧增,以及
人们对水质的迫切要求,促使越来越多的地区都在
采用长距离输水方 式 向 城 市 供 水.长 距 离 输 水 管
(渠)道工程是指距离超过
1
0km 的
(
)
道输
送原水、清水的建设工程
[2
].该系
(渠)道、加压泵站、管道穿越障碍物措施、附属设施
和管道附件等部分组成,通常采用重力流输水、水
泵加压输水以及重力和水泵加压组合的输水方式.
这类输水工程引水距离相对较远,跨地区、跨流域
往往可以达到数十公里乃至数百公里,供水流量相
对较大,供水历时也相对较长[3].
在压力输水管路中,由于闸阀的启闭或水泵的
启动与突然停机,造 成 管 路 中 水 流 速 度 的 剧 烈 变
化,进而引起管路压力的一系列急骤交替变化,在
流速和压力的变化过程中,管路中的压力、流量也
发生振荡变化,称此为水锤现象[4].
按水锤成因的外部条件,分启泵水锤、关阀水
锤和停泵水锤3种[5],防止启泵水锤的有效办法是
排除管道空气使管道充满水,打开除水泵出口处阀
门外的所有阀门,最后再启泵,防止关(开)阀水锤
最有效的办法是延长关(开)阀的时间 Ts ,以避免
发生直接水锤[6].为防止水泵倒转与系统失水,中、
小型水泵站一般在水泵出口安装止回阀,大、中型
水泵站则在水泵出口安装具有两阶段关闭的液控
止回阀、快开电动蝶阀及二阶段自闭阀门等,防止
压力下降或水柱中断最有效的办法是设置空气室、
单(双)向调压塔或空气阀.图2为各种水锤防护设
备在管路中的具体安装位置.
图2 常见水锤防护措施安装位置
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2 水锤计算
2.1 单独采用一种水锤防护措施
设计首先考虑单独采用一种措施进行水锤防
护,分别为在水泵出口安装缓闭止回阀、管路沿线
指定位置安装超压泄压阀、指定位置安装调压塔3
种方案.
,
,
,
度为30曘,快关5s,总关30s为例,管路系统的水锤
包络线如图3所示.
图3 安装缓闭阀水锤包络线
Fig.3 E
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(3000~4000m 桩号)和管路后段(5000m 桩号
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7000m桩号管段,管路水锤升压也高于管道承压
线,有 发 生 水 锤 危 害 的 倾 向.整 个 管 路 系 统 仅
4000~5000m 桩号区段最大升压在承压线以下;
最低压力线均低于管中心线,维持在1550m 左右,
发生断
.
超压
离输水水锤防护
中的常用措施,设计考虑在指定桩号分别予以设置,4
0
江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 学 报
第19卷
经分析计算,改变超压泄压阀和调压塔位置以及增加
其数量对管路系统的水锤升压和系统降压影响不大,
仅以指定桩号3000m 为例,安装超压泄压阀和调压
塔后,管路系统的水锤包络线如图4、5所示.
图4 安装超压泄压阀时水锤包络线
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图5 安装调压塔时水锤包络线
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由图4、5可以看出,指定桩号3000m 处安装
超压泄压阀和调压塔,在安装位置附近管段,管路
系统水锤升压都有显著降低且安装调压塔降压的
范围和效果更明显,和没装防护措施相比,系统前
段管路水锤升压均有下降的趋势,但在桩号2500~
3000m 及桩号4000~5000m 管段,安装防护措施
使系统水锤升压不降反升;后段管路(5000m 桩号
后)系统的最大水锤升压线仍有较大波动,系统最
低压力线仍低于管中心线,仍有较大的可能发生断
流弥合水锤. 2
.2 多种水锤防护措施的水锤计算与分析
对于本工程而言,单独采用一种水锤防护措施
不能有效的降低管路水锤升压也不能防止管路断
流,设计考虑在管线 不 同 部 位 分 别 安 装 缓 闭 止 回
阀、缓冲排气阀、超压泄压阀和调压塔等多种水锤
防护措施.
2.2.1 超压泄压阀、缓闭止回阀、缓冲排气阀一起
使用
设置缓闭止回阀快关20s,总关120s,快关30曘,
管路 沿 线 指 定 桩 号 1850 m、2900 m、3150 m、
3550m、3800m、4100m、4750m、5100m、5450m、
5600m、6100m、7000m 处安装缓冲排气阀,缓冲闭
合流速0.3m/s,计算在水泵出口处安装超压泄压阀
时的水锤包络线,具体的分析计算如图6所示.
图6 水泵出口安装超压泄压阀
Fig.6 Wat
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由图
6可知,采用超压泄压阀、缓闭止
缓冲排气阀
等多种水锤防护措施,出水泵
管段外,整个管路系统的最高压力值都位于管道承
压线以下,最低压力线也都低于管中心线,最高压
力值维持在1580~16
60
m 之间,最
在1
550~16
0
0m
,管路全线
降的趋势
,
基本无断流,起到了很好的降低水锤
升压和防护管路断流的效果,和单独采用一种水锤
防护措施相比,多种水锤防护措施降低管道超压范
围更广、效果更明显,也具有更好的改善管路负压
和消除断流弥合水锤效果.
,
路系统最大压力趋于平缓
,
线
,
沿
线
,
也说
种措施时具有更大的优势.
2.2.2 调压塔、缓
、缓
使
设置缓闭止
2
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12
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,
沿
线
路每隔一定距离安 装 缓 冲
,缓
0.3m/s,
时不同
的水锤包络
线
,
图7
.
图7 水泵出口安装调压塔时水锤包络线
Fig.7 Enve
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由图7可以看出,当采用调压塔、缓闭止回阀
和缓冲排气阀等多种水锤防护措施时,整个管路系
统的最高压力值均降低到管道承压线以内,维持在
158
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线
中心
线
,
1
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,管
线
也无负压,与单独采用一种水锤防护措施相比,多
种水锤防护措施联合应用在降压和改善负压方面,第1期
高将,等:多种防护措施联合应用的长距离输水管道水锤消除研究
4
1
范围更广,效果更好,具有更大的优势.与采用超压
泄压阀等多种措施相比,同时使用调压塔等多种措
施在降低管路升压方面不像前者那样在整个管路
呈线性降低,而是更平缓、更柔和,因此,也具有更
好的安全稳定性和可靠性.
3 结语
在长距离输水管道水锤分析计算中,根据管路
系统特点,综合采用多种水锤防护措施对于降低管道
水锤升压和预防管道负压断流方面都具有良好的效
果.和单独采用一种防护措施相比,多种防护措施联
合应用可以很好的保证系统最大水锤升压平稳降至
管道承压以内,消减管路负压,防止管路断流,消除断
流弥合水锤,确保管路系统安全可靠运行.
调压塔属于缓冲式的水锤防护设备,具有降低
管道升压和消除管路负压的双重效果,超压泄压阀
预防管路断流效果较差,具有动作滞后甚至拒动作
的可能,对于迅速升压型水锤,几乎安全失去作用,
以调压塔为主导的多种水锤防护措施,能使整个管
路系统的水锤升压平缓、柔和地降低,在改善管路
负压方面,范围也更广,更有优势,在实际工程应用
中应予以推广.
参考文献:
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198
3
.
(责
辑:梁赛平)
(上接第34页)
用卷扬机带紧钢丝绳,套上卡扣锁紧.钢丝绳另一
端与48型锚链连接,锚链长50m.启动驳船将混凝
土锚锭运至抛锚范围.抛锚地点为锚固桩上下游对
称各140m 左右处,用100t浮吊吊起锚锭缓慢放
入水中直至沉入河底,如图5所示.调整至对称 2
根绳索松紧度均匀时锁紧卡扣.
图4 混凝土地锚施工
Fig.4 Constructionofconcretegroundanchor
图5 抛锚断面
Fig.5 Anchorprofile
4 结
苏丹
杜维姆大桥于 2010 年底正式竣工通车,
苏丹总统巴希尔出席剪彩通车仪式
.该
全、质量、进度赢得业主充分认可,获
公路局颁发的“桥梁施工特优奖暠.实践证明该钢栈
桥已多次经受强台风和洪水侵袭,稳定性好、安全
系数高,加固技术应用成功.
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(编辑:司元雷)

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