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多種防護(hù)措施聯(lián)合應(yīng)用的長(zhǎng)距離輸水管道水錘消除研究

文檔作者：高將1,2,張寶軍2,袁濤2 文檔來(lái)源： 1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑智能學(xué)院 2.江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月30日
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第19卷第1期江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)Vol.19 曧.1
2019年3月JIANGSU VOCATIONALINSTITUTEOFARCHITECTURALTECHNOLOGY Mar.2019
多種防護(hù)措施聯(lián)合應(yīng)用的長(zhǎng)距離輸水管道水錘消除研究
高將1,2,張寶軍2,袁濤2
(1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑智能學(xué)院,江蘇徐州221116;
2.江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇徐州221116)
摘暋要:針對(duì)長(zhǎng)距離有壓輸水管道易發(fā)生水柱分離水錘危害,對(duì)常見(jiàn)水錘防護(hù)設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行了
分析,主要介紹了調(diào)壓塔和超壓泄壓閥的特點(diǎn),并結(jié)合一典型輸水工程案例,采用特征線法,建立
水錘計(jì)算模型,對(duì)分別采用單一防護(hù)措施和多種水錘防護(hù)兩種方案進(jìn)行了對(duì)比研究,結(jié)果表明:多
種防護(hù)措施聯(lián)合應(yīng)用可以很好的保證系統(tǒng)最大水錘升壓平穩(wěn)降至管道承壓以內(nèi),消減管路負(fù)壓,
防止管路斷流,消除斷流彌合水錘,確保管路系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行.
關(guān)鍵詞:長(zhǎng)距離;超壓泄壓閥;調(diào)壓塔;水錘防護(hù)
中圖分類(lèi)號(hào):TU991.39;TV674 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095 3550(2019)01 0038 04
Studyonwaterhammereliminationinlongdistancewaterpipeline
withcombinedapplicationofvariousprotectionmeasures
GAOJiang1,2,ZHANGBaoJun2,YUAN Tao2
(1.SchoolofArchitecturalIntelligence,JiangsuVocationalInstituteofArchitecturalTechnol灢
ogy,Xuzhou,Jiangsu221116,China;2.JiangsuBuildingEnergyConservationandConstruction
TechnologyCollaborativeInnovationCenter,Xuzhou,Jiangsu221116,China)
Abstract:Aimingatthehazardsofwatercolumnseparationwaterhammerinlong灢distancepres灢
surizedwaterpipeline,thecharacteristicsofcommonwaterhammerprotectionequipmentarean灢
alyzed.Thecharacteristicsofsurgetowerandoverpressurereliefvalvearemainlyintroduced.
Combiningwithatypicalwaterconveyanceprojectcase,awaterhammercalculationmodelises灢
tablishedbyusingthecharacteristicline method.A comparativestudyis madeonthetwo
schemesofsingleprotectionand multiplewaterhammerprotectionrespectively.Theresults
showthatthecombinedapplicationofvariousprotectivemeasurescanensurethatthemaximum
waterhammerpressureofthesystemcanbesteadilyreducedtolessthanthepipelinepressure,
reducethenegativepressureofthepipeline,preventthepipelinefrombreakingoff,eliminatethe
waterhammer,andensurethesafeandreliableoperationofthepipelinesystem.
Keywords:longdistance;overpressurereliefvalve;surgetower;waterhammerprotection
收稿日期:2019 01 22
基金項(xiàng)目:江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心第二批開(kāi)放基
金項(xiàng)目;2017 年度江蘇省建設(shè)系統(tǒng)科技項(xiàng)目
(2017ZD022)
作者簡(jiǎn)介:高將,男,江蘇省徐州人,講師,碩士,研究方向?yàn)?
給水排水工程技術(shù).
E mail:gaojiang518@163.com
暋暋西北某礦區(qū)供水工程,管路全線長(zhǎng)7054.6m, 線路較長(zhǎng),屬于長(zhǎng)距離供水工程,采用一級(jí)加壓泵
站加壓,首端為高位水池,水面高程為1556.00m,
管線末端出水池水面高程為1603.9m,管徑為
DN250、DN300兩種規(guī)格,管材為鋼管、復(fù)合管,采
用單管輸水,其縱斷面圖如圖1所示.
像這種供水管路水錘危害巨大,其中又以長(zhǎng)
距離輸水管路水錘防護(hù)難度最大[1].針對(duì)長(zhǎng)距離
輸水特點(diǎn),在進(jìn)行具體的水錘分析時(shí),如何能夠
第1期高將,等:多種防護(hù)措施聯(lián)合應(yīng)用的長(zhǎng)距離輸水管道水錘消除研究 3暋9
根據(jù)管路現(xiàn)狀,選取有效的水錘防護(hù)措施,進(jìn)行
科學(xué)的水錘防護(hù)設(shè)計(jì),提出合理化建議,盡可能
做到消減甚至消除水錘危害,是設(shè)計(jì)人員亟需解
決的問(wèn)題.
圖1暋西北某礦區(qū)供水工程管段縱斷面
Fig.1暋Pipesectionlongitudinalprofileofwatersupply
projectinamineareainNorthwestChina
1暋長(zhǎng)距離輸水管路及水錘的產(chǎn)生
隨著城市的快速發(fā)展,人口的日益劇增,以及
人們對(duì)水質(zhì)的迫切要求,促使越來(lái)越多的地區(qū)都在
采用長(zhǎng)距離輸水方式向城市供水.長(zhǎng)距離輸水管
(渠)道工程是指距離超過(guò)10km 的用管(渠)道輸
送原水、清水的建設(shè)工程[2].該系統(tǒng)工程由輸水管
(渠)道、加壓泵站、管道穿越障礙物措施、附屬設(shè)施
和管道附件等部分組成,通常采用重力流輸水、水
泵加壓輸水以及重力和水泵加壓組合的輸水方式.
這類(lèi)輸水工程引水距離相對(duì)較遠(yuǎn),跨地區(qū)、跨流域
往往可以達(dá)到數(shù)十公里乃至數(shù)百公里,供水流量相
對(duì)較大,供水歷時(shí)也相對(duì)較長(zhǎng)[3].
在壓力輸水管路中,由于閘閥的啟閉或水泵的
啟動(dòng)與突然停機(jī),造成管路中水流速度的劇烈變
化,進(jìn)而引起管路壓力的一系列急驟交替變化,在
流速和壓力的變化過(guò)程中,管路中的壓力、流量也
發(fā)生振蕩變化,稱(chēng)此為水錘現(xiàn)象[4].
按水錘成因的外部條件,分啟泵水錘、關(guān)閥水
錘和停泵水錘3種[5],防止啟泵水錘的有效辦法是
排除管道空氣使管道充滿水,打開(kāi)除水泵出口處閥
門(mén)外的所有閥門(mén),最后再啟泵,防止關(guān)(開(kāi))閥水錘
最有效的辦法是延長(zhǎng)關(guān)(開(kāi))閥的時(shí)間Ts ,以避免
發(fā)生直接水錘[6].為防止水泵倒轉(zhuǎn)與系統(tǒng)失水,中、
小型水泵站一般在水泵出口安裝止回閥,大、中型
水泵站則在水泵出口安裝具有兩階段關(guān)閉的液控
止回閥、快開(kāi)電動(dòng)蝶閥及二階段自閉閥門(mén)等,防止
壓力下降或水柱中斷最有效的辦法是設(shè)置空氣室、
單(雙)向調(diào)壓塔或空氣閥.圖2為各種水錘防護(hù)設(shè)
備在管路中的具體安裝位置.
圖2暋常見(jiàn)水錘防護(hù)措施安裝位置
Fig.2暋Installationlocationofcommonwater
hammerprotectionmeasures
2暋水錘計(jì)算
2.1暋單獨(dú)采用一種水錘防護(hù)措施
設(shè)計(jì)首先考慮單獨(dú)采用一種措施進(jìn)行水錘防
護(hù),分別為在水泵出口安裝緩閉止回閥、管路沿線
指定位置安裝超壓泄壓閥、指定位置安裝調(diào)壓塔3
種方案.
經(jīng)分析計(jì)算,對(duì)本工程而言僅在水泵出口設(shè)置
緩閉止回閥,調(diào)整閥門(mén)快關(guān)角度和開(kāi)關(guān)時(shí)間對(duì)管路
系統(tǒng)的水錘升壓和系統(tǒng)降壓影響不大,僅以快關(guān)角
度為30曘,快關(guān)5s,總關(guān)30s為例,管路系統(tǒng)的水錘
包絡(luò)線如圖3所示.
圖3暋安裝緩閉閥水錘包絡(luò)線
Fig.3暋Envelopeofwaterhammerinstalled
withslowclosingvalve
由圖3可以看出,水泵出口安裝緩閉止回閥,
出口后的管段水錘升壓有顯著降低,但在管路中段
(3000~4000m 樁號(hào))和管路后段(5000m 樁號(hào)
后),系統(tǒng)的最大水錘升壓線波動(dòng)較大,最高值達(dá)到
2100m 以上,5000~6000 m 樁號(hào)及6000~
7000m樁號(hào)管段,管路水錘升壓也高于管道承壓
線,有發(fā)生水錘危害的傾向.整個(gè)管路系統(tǒng)僅
4000~5000m 樁號(hào)區(qū)段最大升壓在承壓線以下;
最低壓力線均低于管中心線,維持在1550m 左右,
發(fā)生斷流彌合水錘的可能性較大.
超壓泄壓閥和調(diào)壓塔都是長(zhǎng)距離輸水水錘防護(hù)
中的常用措施,設(shè)計(jì)考慮在指定樁號(hào)分別予以設(shè)置,
4暋0 江 蘇 建 筑 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 學(xué) 報(bào)暋暋 第19卷
經(jīng)分析計(jì)算,改變超壓泄壓閥和調(diào)壓塔位置以及增加
其數(shù)量對(duì)管路系統(tǒng)的水錘升壓和系統(tǒng)降壓影響不大,
僅以指定樁號(hào)3000m為例,安裝超壓泄壓閥和調(diào)壓
塔后,管路系統(tǒng)的水錘包絡(luò)線如圖4、5所示.
圖4暋安裝超壓泄壓閥時(shí)水錘包絡(luò)線
Fig.4暋Waterhammerenvelopewheninstalling
overpressurereliefvalve
圖5暋安裝調(diào)壓塔時(shí)水錘包絡(luò)線
Fig.5暋Waterhammerenvelopewheninstalling
surgetower
由圖4、5可以看出,指定樁號(hào)3000m 處安裝
超壓泄壓閥和調(diào)壓塔,在安裝位置附近管段,管路
系統(tǒng)水錘升壓都有顯著降低且安裝調(diào)壓塔降壓的
范圍和效果更明顯,和沒(méi)裝防護(hù)措施相比,系統(tǒng)前
段管路水錘升壓均有下降的趨勢(shì),但在樁號(hào)2500~
3000m 及樁號(hào)4000~5000m 管段,安裝防護(hù)措施
使系統(tǒng)水錘升壓不降反升;后段管路(5000m 樁號(hào)
后)系統(tǒng)的最大水錘升壓線仍有較大波動(dòng),系統(tǒng)最
低壓力線仍低于管中心線,仍有較大的可能發(fā)生斷
流彌合水錘.
2.2暋多種水錘防護(hù)措施的水錘計(jì)算與分析
對(duì)于本工程而言,單獨(dú)采用一種水錘防護(hù)措施
不能有效的降低管路水錘升壓也不能防止管路斷
流,設(shè)計(jì)考慮在管線不同部位分別安裝緩閉止回
閥、緩沖排氣閥、超壓泄壓閥和調(diào)壓塔等多種水錘
防護(hù)措施.
2.2.1暋超壓泄壓閥、緩閉止回閥、緩沖排氣閥一起
使用
設(shè)置緩閉止回閥快關(guān)20s,總關(guān)120s,快關(guān)30曘,
管路沿線指定樁號(hào)1850m、2900 m、3150 m、
3550m、3800m、4100m、4750m、5100m、5450m、
5600m、6100m、7000m處安裝緩沖排氣閥,緩沖閉
合流速0.3m/s,計(jì)算在水泵出口處安裝超壓泄壓閥
時(shí)的水錘包絡(luò)線,具體的分析計(jì)算如圖6所示.
圖6暋水泵出口安裝超壓泄壓閥
Fig.6暋Waterhammerenvelopewhenoverpressurerelief
valveisinstalledatpumpoutlet
由圖6可知,采用超壓泄壓閥、緩閉止回閥和
緩沖排氣閥等多種水錘防護(hù)措施,出水泵出口部分
管段外,整個(gè)管路系統(tǒng)的最高壓力值都位于管道承
壓線以下,最低壓力線也都低于管中心線,最高壓
力值維持在1580~1660m 之間,最低壓力值維持
在1550~1600m 之間,管路全線水錘升壓有持續(xù)
下降的趨勢(shì),基本無(wú)斷流,起到了很好的降低水錘
升壓和防護(hù)管路斷流的效果,和單獨(dú)采用一種水錘
防護(hù)措施相比,多種水錘防護(hù)措施降低管道超壓范
圍更廣、效果更明顯,也具有更好的改善管路負(fù)壓
和消除斷流彌合水錘效果.對(duì)本工程而言,整個(gè)管
路系統(tǒng)最大壓力趨于平緩,全線管路無(wú)斷流,這其
中起主要作用的是管路沿線的緩沖排氣閥,這也說(shuō)
明綜合采用多種水錘防護(hù)措施往往比單獨(dú)采用一
種措施時(shí)具有更大的優(yōu)勢(shì).
2.2.2暋調(diào)壓塔、緩閉止回閥、緩沖排氣閥一起使用
設(shè)置緩閉止回閥快關(guān)20s總關(guān)120s,沿線管
路每隔一定距離安裝緩沖排氣閥,緩沖閉合流速
0.3m/s,計(jì)算水泵出口處安裝雙向調(diào)壓塔時(shí)不同
的水錘包絡(luò)線,具體的分析計(jì)算如圖7所示.
圖7暋水泵出口安裝調(diào)壓塔時(shí)水錘包絡(luò)線
Fig.7暋Envelopeofwaterhammerforinstallingsurge
toweratpumpexit
由圖7可以看出,當(dāng)采用調(diào)壓塔、緩閉止回閥
和緩沖排氣閥等多種水錘防護(hù)措施時(shí),整個(gè)管路系
統(tǒng)的最高壓力值均降低到管道承壓線以內(nèi),維持在
1580~1660m 之間,最低壓力線也都低于管中心
線,維持在1550~1600m 之間,管路全線不超壓
也無(wú)負(fù)壓,與單獨(dú)采用一種水錘防護(hù)措施相比,多
種水錘防護(hù)措施聯(lián)合應(yīng)用在降壓和改善負(fù)壓方面,
第1期高將,等:多種防護(hù)措施聯(lián)合應(yīng)用的長(zhǎng)距離輸水管道水錘消除研究 4暋1
范圍更廣,效果更好,具有更大的優(yōu)勢(shì).與采用超壓
泄壓閥等多種措施相比,同時(shí)使用調(diào)壓塔等多種措
施在降低管路升壓方面不像前者那樣在整個(gè)管路
呈線性降低,而是更平緩、更柔和,因此,也具有更
好的安全穩(wěn)定性和可靠性.
3暋結(jié)語(yǔ)
在長(zhǎng)距離輸水管道水錘分析計(jì)算中,根據(jù)管路
系統(tǒng)特點(diǎn),綜合采用多種水錘防護(hù)措施對(duì)于降低管道
水錘升壓和預(yù)防管道負(fù)壓斷流方面都具有良好的效
果.和單獨(dú)采用一種防護(hù)措施相比,多種防護(hù)措施聯(lián)
合應(yīng)用可以很好的保證系統(tǒng)最大水錘升壓平穩(wěn)降至
管道承壓以內(nèi),消減管路負(fù)壓,防止管路斷流,消除斷
流彌合水錘,確保管路系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行.
調(diào)壓塔屬于緩沖式的水錘防護(hù)設(shè)備,具有降低
管道升壓和消除管路負(fù)壓的雙重效果,超壓泄壓閥
預(yù)防管路斷流效果較差,具有動(dòng)作滯后甚至拒動(dòng)作
的可能,對(duì)于迅速升壓型水錘,幾乎安全失去作用,
以調(diào)壓塔為主導(dǎo)的多種水錘防護(hù)措施,能使整個(gè)管
路系統(tǒng)的水錘升壓平緩、柔和地降低,在改善管路
負(fù)壓方面,范圍也更廣,更有優(yōu)勢(shì),在實(shí)際工程應(yīng)用
中應(yīng)予以推廣.
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(責(zé)任編輯:梁賽平)
(上接第34頁(yè))
用卷?yè)P(yáng)機(jī)帶緊鋼絲繩,套上卡扣鎖緊.鋼絲繩另一
端與48型錨鏈連接,錨鏈長(zhǎng)50m.啟動(dòng)駁船將混凝
土錨錠運(yùn)至拋錨范圍.拋錨地點(diǎn)為錨固樁上下游對(duì)
稱(chēng)各140m 左右處,用100t浮吊吊起錨錠緩慢放
入水中直至沉入河底,如圖5所示.調(diào)整至對(duì)稱(chēng)2
根繩索松緊度均勻時(shí)鎖緊卡扣.
圖4暋混凝土地錨施工
Fig.4暋Constructionofconcretegroundanchor
圖5暋拋錨斷面
Fig.5暋Anchorprofile
4暋結(jié)語(yǔ)
蘇丹杜維姆大橋于2010年底正式竣工通車(chē),
蘇丹總統(tǒng)巴希爾出席剪彩通車(chē)儀式.該項(xiàng)目工程安
全、質(zhì)量、進(jìn)度贏得業(yè)主充分認(rèn)可,獲業(yè)主蘇丹國(guó)家
公路局頒發(fā)的“橋梁施工特優(yōu)獎(jiǎng)暠.實(shí)踐證明該鋼棧
橋已多次經(jīng)受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)和洪水侵襲,穩(wěn)定性好、安全
系數(shù)高,加固技術(shù)應(yīng)用成功.
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