摘 要：以沈陽市蘇家屯區(qū)污水處理廠中水管網(wǎng)工程為對象，進(jìn)行長距離供水管線水力計(jì)算和水錘分析，在水錘產(chǎn)生點(diǎn)加設(shè)防水錘型空氣閥，消除水錘現(xiàn)象，再次計(jì)算后，證明防水錘型空氣閥確實(shí)可以消除水錘。

關(guān)鍵詞：長距離供水管線 水錘計(jì)算 水錘防護(hù) 緩沖空氣閥

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-0-01

1 工程概述

1.1 基本工程情況

本工程輸水管線采用壓力流輸水，管道全長7141 m。管線首端高程為31.720 m，末端高程為33.48 m，沿線高程變化不大，管線較平坦。輸水管徑DN1200，采用玻璃鋼管，壁厚43.5 mm，管道承壓值為0.6 MPa。管道末端有4 m的富裕壓力。泵站位于管線起端。

1.2 泵站基本資料

初步設(shè)計(jì)泵站內(nèi)均采用五臺(tái)泵組合運(yùn)行，SN350-M27-/255型泵4臺(tái)，三用一備；SN300-M27-/251型泵1臺(tái)。水泵的具體計(jì)算參數(shù)如下：水泵：SN350-M27-/255型4臺(tái)；水錘波速：C=500 m/s（DN1200 mm玻璃鋼管）；水泵揚(yáng)程：18 m；水泵流量：Q=1331-665 m3/h；水泵：SN300-M27-/251型 1臺(tái)。水錘波速：C=500 m/s（DN1200 mm玻璃鋼管）；水泵流量Q=948-474 m/h。

1.3 水利計(jì)算內(nèi)容

歷來大量的工程實(shí)踐證明，當(dāng)管道受管坡、管壁粗糙度變化以及彎管、變徑各類管道配件的影響時(shí)，管道中的氣體尤其是以氣囊形式存在于有壓管道的氣體，它們在隨水流動(dòng)的過程中，時(shí)而分散時(shí)而聚合，氣囊兩端壓差不斷地隨機(jī)改變，于是引發(fā)壓力震蕩，甚至產(chǎn)生斷流彌合水錘，引發(fā)爆管。氣囊引起的氣爆壓力最高可達(dá)20～40個(gè)大氣壓，其破壞力相當(dāng)于靜壓40～80個(gè)大氣壓，足以破壞任何供水管道。本著保證管線運(yùn)行安全、避免水錘事故的宗旨，對本輸水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的水錘問題進(jìn)行計(jì)算、預(yù)測分析，并確定合理可靠的水錘防護(hù)措施，從而減少經(jīng)濟(jì)損失。

2 非穩(wěn)定流工況水錘計(jì)算與分析

壓力管道停泵水錘計(jì)算水力模型目前主要有三種，即無水柱中斷，特殊點(diǎn)水柱中斷和任意點(diǎn)水柱中斷。原水錘計(jì)算中采用的是特殊點(diǎn)水柱中斷水力模型，與實(shí)際工程有較大差別。我們計(jì)算采用的是更符合實(shí)際工況的任意點(diǎn)斷流水錘數(shù)學(xué)模型。

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，在管路中每隔800～1000 m處，并考慮在管線凸起處安裝排氣閥的原則。管路中的排氣閥可采用恒速緩沖排氣閥和普通排氣閥兩種。

2.1 方案一 每隔1000 m安裝普通排氣閥

先假定水泵出口處緩閉止回閥快關(guān)完成后對應(yīng)的角度為20°時(shí)，改變緩閉止回閥的不同快慢關(guān)時(shí)間情況下管路壓力的變化情況。分別是緩閉止回閥關(guān)閥時(shí)間為：（a）快關(guān)5 s、慢關(guān)60 s；（b）快關(guān)10 s、慢關(guān)60 s；（c）快關(guān)5 s、慢關(guān)90 s；（d）快關(guān)10 s、慢關(guān)90 s；（e）快關(guān)5 s、慢關(guān)120 s；（f）快關(guān)10 s、慢關(guān)120 s的最大水頭包絡(luò)線和最小水頭包絡(luò)線。

由計(jì)算結(jié)果可知，每隔1000 m安裝緩沖排氣閥，在緩閉止回閥不同快慢關(guān)時(shí)間下，水錘升壓情況基本相同，有三段管段的水錘壓力超過管道承壓線。

總結(jié)：管路沿線每隔1000 m安裝排氣閥方案中，安裝普通排氣閥有三段管段超出管道承壓值，因此還要在此基礎(chǔ)上增加其它措施來降低水錘壓力。

最后選定的關(guān)閥時(shí)間為快關(guān)10 s，慢關(guān)時(shí)間120 s，快關(guān)完成后對應(yīng)的角度為30°。

2.2 方案二 每隔1000 m安裝緩沖排氣閥，在水泵出口處安裝箱式調(diào)壓塔

在確定緩沖排氣閥快關(guān)時(shí)間10 s，慢關(guān)時(shí)間120 s，快關(guān)完成后對應(yīng)的角度是30°，緩沖排氣閥緩沖閉合流速為0.5 m/s后，采取在水泵出口處安裝箱式調(diào)壓塔最大水頭包絡(luò)線和最小水頭包絡(luò)線。

由計(jì)算結(jié)果可知，在每隔1000 m安裝緩沖排氣閥的基礎(chǔ)上，且在水泵出口處安裝箱式調(diào)壓塔，可以使管道壓力降到承壓值范圍內(nèi)。

總結(jié)：方案二采取的措施是每隔1000 m安裝緩沖排氣閥，在水泵出口處安裝箱式調(diào)壓塔，能使管道的壓力在承壓值允許的范圍內(nèi)，因此采用該方案是合理的。

3 結(jié)語

經(jīng)我們計(jì)算，本設(shè)計(jì)在穩(wěn)定運(yùn)行工況具有足夠的安全度，但在突然停泵的水力過渡過程中，必須采取合理的水錘防護(hù)措施才能保證安全。無任何防護(hù)措施時(shí)，最大水錘升壓可達(dá)250 m水柱以上，防護(hù)不當(dāng)壓力升高的可達(dá)150 m水柱，這些都足以使管道產(chǎn)生爆裂。本系統(tǒng)停泵水錘防護(hù)關(guān)鍵是防止管道多處斷流彌合水錘。通過對以上各個(gè)工況下的比較，結(jié)合工程實(shí)際，建議本工程中管路沿線每隔1000 m安裝恒速緩沖排氣閥，規(guī)格為DN150，且緩沖排氣閥的排氣速度為0.3～0.8 m/s，在水泵出口處緩閉止回閥的關(guān)閥時(shí)間為：（a）快關(guān)5 s、慢關(guān)60 s；（b）快關(guān)10 s、慢關(guān)60 s；（c）快關(guān)5 s、慢關(guān)90 s；（d）快關(guān)10 s、慢關(guān)90 s；（e）快關(guān)5 s、慢關(guān)120 s；（f）快關(guān)10 s、慢關(guān)120 s，均可?？礻P(guān)完成后對應(yīng)的角度為30°。該排氣閥保證管道任何壓力時(shí)恒速排氣，使斷流彌合水錘升壓最低，且能夠水氣相間排氣，具有最佳的斷流水錘防護(hù)功能。在水泵出口處安裝箱式雙向調(diào)壓塔，調(diào)壓塔的規(guī)格為DN400。

參考文獻(xiàn)

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