首页 我的图书馆 个图VIP

看到好文章,想保存怎么办!

下载APP
高扬程大流量输水工程的水锤防护研究

2017-11-09

高扬程大流量输水工程的水锤防护研究

马俊彬

(辽宁润中供水有限责任公司,辽宁沈阳110166)

[摘要]本文重点介绍了高扬程大流量条件下长距离输水条件下产生的水锤的特点,研究了关于水锤的主要算法。文中从管材粗糙度的选择及高扬程大流量输水中的减压问题研究了高扬程大流量输水的水力学问题,介绍了高扬程大流量输水容易产生的水锤,并以某工程项目为例,用计算机仿真模拟的方法研究了不同措施下水锤的防止效果,对此类工程的安全运行起到一定的指导作用。

[关键词]高扬程;大流量;水锤;防护措施

我国南方地区属于多水地带,要想合理引送水资源,就要考虑当地的丘陵地域问题,此地形高低差距大,绵延不绝。因此,在引送水的管道建设中出现的安全隐患较多,其中最为严峻的便是水锤问题。这类问题一直是引水工程建设中的一大难点,如果发生了这样的问题,便会导致供水体系出现损毁,进而为周围的居民带来生活上的困扰。

1 关于水锤的主要算法

在管道建设的环节中,对水锤进行科学合理的计算是尤为必要的。而这在方面的研究中,全球统一采用了特征线法。笔者本着更为便捷地求出结果的想法,对简化后的特征线方程组的相容性方程式沿特征线进行积分,进一步得到近似有限差分方程如下:

式中:HP,HB,HA分别为P,B,A点的管路水头,m;QP,QB,QA分别为P,B,A点的管路断面的流量,m3/s;a为水锤波传播速度,m/s;D为管道直径;t为时间;f为水流摩擦阻力系数;x为距离,其正方向与流速取为一致。

2 高扬程大流量输水的水锤防护

2.1 水力学研究

流量范围广、起伏差度大、运送距离远的引水工程可以纳入重力运输水的范畴中,由于该工程所覆盖的范围广,并且流量较大,很可能会出现同普通的重力运输水有所差异的情况。比如管道材质的选择关乎着该管道能否承受较大的水压,并且在检测管道出现的问题与修理当中,工作人员也要加倍注意,这些均在保障该地区人们生活上起到举足轻重的作用。

2.1.1 管材粗糙度的选取

在运送跨距离较远的水资源时,管道比较长,对于水的损耗大,不计部分的水头损耗,而是将这段路程中的水输送损耗纳入计算的范围内。并且,由于在施工时水源经过的地带一般都为阻力平方区,因此在一般的工程计算当中以下列的公式作为参考:

式中:hf——管道沿程损失,m;V——管理水流的平均流速,m/s;R——水力半径,m;n——管材粗糙度;L——管长,m。

根据以上的公式得知,运输环节的水管在路途中的损耗同水流的速度以及水管表面的粗糙程度的平方呈正相关的关系,如果水流的流量和管道的横截面积已经知晓,那么水资源的损耗则只跟水管表面的粗糙程度有关联。

2.1.2 减压问题

大高差重力流输水工程,其原理主要是通过自然形成的地貌特点,从而依靠重力对水进行输送。一般情况下,测压管的水压会远远高于静水压,可一旦水管中的阀门被锁定,水管内的压力便跟高低的起伏有着十分紧密的关联。此间,地势的起伏越大,管道中的压力也会随之攀升。这就对水管抵御强压的品质提出了较高的要求,而且资金的投入也是一大难点。所以,科学合理地设立减少压力的蓄水池,同时对阀门的松紧程度作出适当调整都是解决该类问题的有效办法。

2.2 容易产生的水锤

2.2.1 关阀水锤

在一般的运行状态下,承载利用重力输送水资源的管道所有地方的静水压都远高于测压管的水压;如果水管中的阀门被锁定,那么重力流管道从起始到终止的高度差距便会小于管道中的所能承受的静水压值,同时,地势的起伏越大,管道中的压力也会随之攀升。一旦有操作上的失误,便会导致瞬间管道内的水压激增,水管中的水锤波便会成为先从头传导到尾的负压波,而负压波也会让水管中一些地方的压力远小于汽化压,从而导致水流汽化,进而产生断流水锤;当传导至尾端时,还会重新以正压波的形式进行传导,这样下来,不断碰撞中,水管便会经受一波又一波的冲击,从而对管道的内部结构造成了极大的损毁。

2.2.2 断流弥合水锤

对于管道的直径较大,起伏差值高,距离长远的重力引水工程建设中,由于高度的干扰,水流也随着受到很大的影响。根据上述文段的原理可得,改变水流的流速必然会引发水管内部的压力陡升,而当负压波使得水管中的一些地方的压力远小于汽化压时,便能够导致水流汽化,进而产生断流水锤,对水流的连续性提出了重大挑战,并且在后续的不断冲击中,会形成断流弥合水锤,更会对管道的内部结果造成极大的损害。断流弥合水锤一般是出现于泡沫较少的地带,而其所能导致的压力陡升情况非常明显,实际状态下能够提高到2~4倍。因此,施工人员在该地带的管道材质选取上务必要严格地把关质量。从而科学推测出断流弥合水锤发生的位置尤为必要,这样能够事前对其加以防范,进而规避不必要的事故的发生[8]

3 工程实例

3.1 工程概况

某工业区的引水建设工程可划分为前后两期建成。此间,第1期工程主要是通过某河流出口上的6km地带进行水流的引导,依靠长为46.675 km的管道路线到达工业区,总体的长度为51.482 km,而具体的高低差距达到682m。施工方将引导水源的流量设置为1.0m3/s。第2期工程主要是从该河出口上游河流处向该河调动水源,并且在目标河的上游设立蓄水的水库,从而为工业区足够的水资源提供保障。第1期只是将该河水引入,计算得出的引水总量可以达1175万m3/a。对于管道的水量安排则是保证能够在第1次引水中就能达到2期的效果,从而可以得到该河每月的具体引导水量图,见图1。

图1 某河逐月调水过程(p=95%)

3.2 解决方案

对于桩号7个地方可以分别设置1台箱式双向调压塔,而在桩号4个地方分别设置1台超压泄压阀,同时根据情况1中相同的位置设置用于缓冲的排气装置,将其流速控制在0.8m/s,同时把关闭阀门的时长控制在300~420s。这样的条件下,参照计算机的辅助计算可以得出如图2所示图像。

由图2可以看出:缓冲排气装置的具体流速为0.8m/s,在较为合适的地方安装一个超压泄压阀,同时再找一个合适的地方安置箱式双向调压塔,关闭阀门的时长控制在300~420s的前提下,我们可以知道:首先,可以保证水管的承压能力可以抵御水锤的最大压强:其次,在彼此差异较大的工作当中,关闭阀门的时长并没有对水管内的压力变化造成任何影响:最后,相较于方案1,此次方案对水锤的压力调控更为到位。值得工作人员注意的一点便是要将阀门的滞后效果纳入考察的范围内,因为水管中很大程度上会在极短时间发生压强暴增的情况,所以对于超压泄压阀的滞后效果务必要控制在1s内。如果无法保证,将会出现极其严重的后果。

图2 指定桩号处安装缓冲排气阀时压力变化趋势图

4 结论

上文对流量范围广,起伏差度大,运送距离远的重力引水工程进行了深入探究,从而得出了有关环境下解决水锤防治问题的有效办法。对于运输水资源的工程建设环节,施工方不单单需要将符合当地居民水量需求的流量值纳入考察的范围,同时也要在生态的保护上作出努力,从而促使整个建设环节不断完善。而距离较长、起伏较大的重力引水工程作为高压输水中的一类,由于其流量范围广的原因,人们很难对其具体情况进行调控,而科学合理地设立减少压力的蓄水池,同时实现控制水流的效果,并且积极对各个分级的水利条件进行稳固,设立流量水位双控阀不失为控制水流的一个有效办法。

[参考文献]

[1]王树人.水击理论与水击计算[M].北京:清华大学出版社,1981.

[2]邓华.管路中水柱分离[D].武汉:原武汉水力学院,1988.

[3]周述明,等.生态设计在水电工程水土保持设计中的应用[J].水电站设计,2011,27(3):99-102.

[4]刘光临,刘梅清,冯卫民,等.采用单向调压塔防止长输水管道水柱分离的研究[J].北京:水利学报,2002(09):44—48.

[5]金锥,姜乃昌,汪兴华,等.停泵水锤及防护[M].第二版.北京:中国建筑工业出版社,2004.

[6]金锥,杨玉思.两处水柱分离与断流空腔弥合水锤的研究[A].第三届中日流体机械国际学术会议.大阪,1990.

[7]熊水应,关兴旺,金锥.多处水柱分离与断流弥合水锤综合防护问题及设计实例(上)[J].给水排水,2003,29(7):1—5.

[8]郑源,曲波,张建,等.有压输水管道系统含气水锤防护研究[J].水动力学研究与进展,2005,20(4):436—441.

[中图分类号]TV67;TU991.4

[文献标识码]B

[文章编号]1002-0624(2017)07-0061-04

[收稿日期] 2017-07-15

本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。如发现有害或侵权内容,可拔打24小时举报电话4000070609 或 在线举报
来自:GXF360  > 工程
举报
[荐]  原创奖励计划来了,万元大奖等你拿!
猜你喜欢
类似文章
大龙潭调水 玉溪水利大手笔
国内规范中关于空气阀技术要求初探
真空管道输水
金门自大陆引水(输水管)工程海底管道正式动工预计明
【技术】水锤现象的产生原因及解决措施
【知识分享】水锤产生的条件、危害及防护措施,你都知道吗?(附视频)
更多类似文章 >>
生活服务