摘要 : 长距离输水管线的一次性投资大,且管网重要程度高,做好水锤防护关系到用水的安全与稳定。以援非某重力流输水工程为例,管网全长57.6km,地势两边高、中间低,且起伏较大,水锤削减存在较大难度。在确定管道最大允许承受压力、关阀时间、关阀方式后,针对危害较大的末端关阀水锤,通过布置进气阀、排气阀、调压塔、超压泄压阀等系列组合防护措施进行软件模拟与分析。结果表明:进气阀、排气阀的传统快进慢排布置并不具备普适性,应根据工程实际情况合理选择布置方法;进气阀、排气阀搭配调压塔能有效消除负压及断流弥合水锤引起的正压,进一步搭配超压泄压阀,可将水锤带来的危害降至管道承受范围内,为输水管线的安全运行提供保障。
李建宇
工程师,从事铁路、市政给排水管网设计工作。
工程概况
本工程源于非洲某城市供水项目,管网设计规模 Q =14×10 4 m 3 /d,水源接自上游郊区高位水池,通过长达57.6km的输水管网引至下游该城市水厂蓄水池。起点标高为336m,末端标高为189m,全程重力流供水。地势两侧高、中间低,最低点标高为68m,距离起端落差高达268m。系统概况如图1、2所示。
图 1 工程输水管网概况
图 2 管线纵剖面
工程模型求解方法
工程模型分析
3.1 模拟边界条件
管道两侧均为水池,假定水锤发生过程中水池液位不变,供水管网全程采用单根 DN1200的K9球墨铸铁管,壁厚为15.3mm,海森威廉系数为130,管道流速为1.8m/s,水锤波速为1 041m/s。管道工作压力最大为204m水柱,根据《给水排水设计手册》(第3册)的规定,管道允许承压不应超过运行压力的30%~50%,该工程全部按照1.3倍工作压力为目标进行校核,即发生水锤时管道承压不超过265.2m水柱(204m×1.3)。
经模拟,该工程始端关阀不会引发灾难性水锤,主要研究末端关阀水锤。管道全长为57.6km,末端工作压力为31m,在无视管阻的前提下,计算得知关阀时间小于50.9s时发生直接水锤,直接水锤在工程中是要避免的,因此关阀时间不应该小于该值。水锤会随着关阀时间的延长而递减,为了模拟水锤危害较大的情况,该工程将关阀时间定为60s。通过计算 ρτ 0 >1.5,因此容易发生极限水锤 ,可以采取先快后慢的关阀方式以降低极限水锤压力。通过多次模拟,最终确定前1/3关阀时间内关闭70%、后2/3关阀时间内关闭30%作为通用的关阀操作方式。
水锤模拟时长为 600s、步长为0.5s,20~35km里程作为水锤压力的控制区间。
3.2 无防护措施的水锤分析
经模拟,末端60s关阀会产生较为剧烈的水锤波动,10km之后的最高压力包络线维持在500m水柱左右,20~35km区间的管道承压高达444m水柱,远远超过265.2m水柱的目标压力值;在6~12km区间,管道最低压力包络线多处位于管中高程线之下,该负压区间引发了严重的断流弥合水锤,产生高达52.7m 3 的气穴空腔。
水锤模拟效果见图 3。
图 3 60s关阀水锤模拟
图 4 设置进气阀、排气阀的水锤模拟
表 1 调压塔参数正交试验
图 5 设置调压塔的水锤模拟
图 6 压力比对
图 7 设置超压泄压阀的水锤模拟
结论及建议
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只看楼主 我来说两句抢板凳感谢,学习一下。
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