大高差供水管道水锤防护优化研究

发布时间：2019-11-29 22:31

【摘要】：管道内发生水锤现象时往往会造成水泵、阀门等设备的损坏,影响城市的正常供水。由于以往的供水管网设计不要求进行水锤计算,所以国内对水锤的研究较少,但是越来越多的供水管网水锤事故,引起了人们对水锤危害的重视。山区供水受到地形条件的限制,输水管线起伏变化多,供水高差大,管道内的水流条件不稳定,容易发生变化。当发生意外工况如突然停电导致停泵事故时,管道极易产生断流弥合性水锤,严重时会造成管道破裂、水淹泵房等事故,产生巨大的经济损失。因此对输水管道的水锤进行数值模拟,采取合适的水锤防护措施,对于优化工程设计和保障供水安全有着重大的实际意义。本文对水锤产生的机理、计算理论和防护方法进行了深入理解,重点研究了特征线法计算水锤的方法,通过求解简单管路的关阀水锤,掌握了特征线法的计算步骤,结合对特征线法计算原理的理解,编写计算机程序,实现了电算程序求解关阀水锤的模拟,可在工程上直接计算供水管道的关阀水锤,以分析关阀动作和关阀时间对关阀水锤的影响。先利用编程计算求解,以某高扬程重力供水管线为例,分析了关阀动作和关阀时间对关阀水锤的影响;然后利用Hammer软件,以山东省某景区的大高差供水管线为例,对水锤防护方法进行研究,分析了两阶段缓闭蝶阀、空气阀、单向调压塔和空气罐等设备的水锤防护特性,对不同的防护措施进行优化,模拟水锤防护效果,得到最优的水锤防护方案,主要结论如下:(1)通过对水锤产生机理的研究,认识到供水管道内会随时发生水锤现象。深入研究了利用特征线求解水锤的方法,掌握了其计算步骤,为进一步研究水锤和工程设计打下了坚实的基础。一旦关阀不当或突然停泵,水锤造成的危害极大,且水锤发生时管道压力突升,足以破坏管道连接口,得出管道漏损主要是由水锤引起的结论;(2)不同的关阀动作产生的影响不同,要结合实际的输水情况,经过合理的设计得出最佳的关阀方案。采用止回阀两阶段缓慢关闭的水锤防护措施,对正压水锤的消减作用较好,但对降低管道负压作用不大。缓闭止回阀关闭动作需针对性地设计,一旦设计不当,会造成更不利的影响。工程模拟时发现,停泵时止回阀处的最大升压值为263.6m H_2O,使用缓闭止回阀降低升压,关阀时间低于60s时,压力均大于停泵升压,且30s关阀时,最大升压值达到最大318.2 m H_2O;(3)在开发关阀水锤数值模拟程序的基础上,继续开发不同约束条件下的水锤程序,以应用于不同状况的水锤计算和模拟;(4)对供水管道进行水锤防护时,空气阀采用快进慢出的进排气方式,有利于降低管道的最大升压值,设置空气阀后止回阀处最大升压值为241.3 m H_2O,比停泵时的升压降低约20 m H_2O。但是对于供水高差较大的工程,单纯采用缓闭止回阀、复合式空气阀对降低负压的效果并不理想,需要与单向调压塔联合使用才能有效降低管道内的负压;(5)空气罐的罐体容积不大,但降压和稳定压力成果显著,适合景区使用,尤其是在小流量、大高差供水情况下防护效果较好,可以使发生水锤的管道内压力变得十分平稳,通过设置位置的对比优化研究,空气罐宜设置在泵出口处附近。工程模拟时,采用复合式空气阀和缓闭止回阀联用,止回阀处水锤的最大升压为157.6 m H_2O。加设体积为2000L的空气罐后,止回阀处水锤的最大升压值下降到107.7 m H_2O,升压下降约50 m H_2O,且管道负压得到很好的消除;(6)管道设计时,地形图布置管道后需要手工计算提取标高,通过研究可以利用鸿业市政管线软件直接提取地形图上布置好的管道标高,降低工作量;水锤计算时,建立CAD与Hammer软件的文件转换,可大大提高水锤建模的效率和准确性。
【图文】：

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初始界面

内过程,交换文件,文件,输入模块

Figure 4.2 Data entry interface读入输入模块，，打开浏览不同格式的文件。找到已经保存的，读取 Excel 交换文件（h-in.csv），将保存在文件内过程如图 4.3 所示。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU991.39

【参考文献】