輸配水管線水錘數(shù)值模擬與防護措施研究.pdf

1、供水管線是城市基礎(chǔ)設施的重要組成部分，它的運行狀況的好壞，與城市居民生活、工礦企業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)。然而，在輸配水管線系統(tǒng)中，突然斷電停泵、閥門誤操作等原因引起管內(nèi)流速的突然變化，導致破壞性水錘的發(fā)生，因此，選用合適的水錘防護措施，對水錘進行理論分析和預測控制研究，是優(yōu)化工程設計，保障輸配水管線的安全運行的重要前提，具有重要的理論意義和實用價值。
　　論文基于HAMMER水錘分析軟件對輸配水管線水錘進行數(shù)值模擬及防護措施研究。首先介紹

2、了水錘基本理論和計算方法，闡述了HAMMER軟件的建模功能、建模原理、建模數(shù)據(jù)及建模步驟，并對中試裝置HAMMER軟件數(shù)值模擬結(jié)果進行實驗驗證；其次，采用響應曲面法設計模擬方案對簡單管路關(guān)閥水錘影響因素進行了分析，并基于風險矩陣對水錘風險進行評估。最后，以某高揚程加壓供水管線水錘防護為例，分析了空氣閥、兩階段關(guān)閉蝶閥、水泵轉(zhuǎn)動慣量、單向調(diào)壓塔、雙向調(diào)壓塔、空氣罐、二級止回閥、沿線節(jié)點出流的水錘防護特點及影響其防護效果的各個因素，提出了各

3、防護措施的適用范圍，以某長距離大流量輸水管線水錘防護為例，提出了此類工程水錘防護的解決方案，以某區(qū)域供水管網(wǎng)水錘計算為例，分析了突然斷電停泵、水泵轉(zhuǎn)速變化、閥門快速關(guān)閉、節(jié)點流量變化四種水錘工況的特點，提出了管網(wǎng)局部管線水錘防護的措施。主要得到如下結(jié)論：
　?、僦性囇b置水錘數(shù)值模擬結(jié)果實驗結(jié)果基本一致，HAMMER軟件所采用的數(shù)學模型和求解算法是比較合適的，用于實際工程可得到較為準確的結(jié)果。
　?、诠苈废到y(tǒng)流量越大、高差越大

4、、管線越長、波速越大、關(guān)閥歷時越短，閥前最大水錘壓力就越大，并且各因素對閥前最大壓力的影響顯著。某高揚程加壓供水管線和某長距離大流量輸水管線水錘風險等級屬于高危險級，因此需采取水錘防護措施，以消減風險。
　?、劭諝夤抟嗽诹髁枯^小、揚程較高的情況下使用，空氣罐最佳設置位置為泵出口止回閥附近，選擇合適的連接管管徑、罐內(nèi)初始壓力、空氣罐容積，其水錘防護效果較好；而兩階段關(guān)閉蝶閥與空氣閥方案、單向調(diào)壓塔方案在坡度較陡的高揚程系統(tǒng)中，其消除

5、負壓作用有限；采用轉(zhuǎn)動慣量較大的水泵，有助于水錘防護，可作為輔助措施；單、雙向調(diào)壓塔分別宜設置在易發(fā)生斷流彌合水錘的節(jié)點、泵出口附近，雙向調(diào)壓塔因其設置高度和引起水質(zhì)“二次污染”等問題，不適合在高揚程供水管線中使用；如果供水管線有沿線節(jié)點出流，優(yōu)先考慮易發(fā)生斷流彌合水錘的點出流，以削弱水錘升壓；二級止回閥方案能降低泵前止回閥壓力，保護泵站附近管線，當與空氣閥或調(diào)壓塔聯(lián)用時，能降低二級止回閥前的壓力，但對負壓的防護作用有限。
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6、通過合理設置空氣閥和水擊泄放閥，能有效消除大流量長距離重力流輸水管線閥門誤操作引起的正壓和負壓水錘，并且能滿足不同流量下的關(guān)閥水錘防護要求；其解決方案可為同類型工程水錘防護提供參考與借鑒。
　　⑤管網(wǎng)中停泵水錘對管網(wǎng)壓力的影響與用水量有關(guān)；當管網(wǎng)采用調(diào)速泵供水時，水泵轉(zhuǎn)速的變化對管網(wǎng)中節(jié)點壓力波動有影響；管網(wǎng)中閥門快速關(guān)閉對管網(wǎng)中壓力變化與閥門的位置有關(guān)；管網(wǎng)中某節(jié)點流量突然增大時，會對管網(wǎng)中其它節(jié)點壓力有影響，其影響與節(jié)點距離有