山地城镇输水系统水锤及其防护研究

发布时间：2020-10-17 06:19

　　 随着我国城镇化进程加快,山地城镇输水工程的兴建是社会可持续发展的必然趋势。社会对市政供水的要求与日俱增,保证供水安全性成为输水工程的第一要务。水锤现象是输水工程发生安全事故的主要原因之一,尤其是山地城镇的输水管线结构复杂,更易发生断流空腔弥合水锤,危害程度大。因此,对输水管线进行水锤防护分析,模拟研究各种工况下的瞬变流过程,提出安全可靠、经济适用的水锤防护措施,避免水锤引发的安全事故,对提升技术水平、减少工程造价、保障输水工程安全运行具有重要的意义和价值。论文基于HAMMER软件,利用特征线法对山地城镇输水系统水锤防护进行模拟优化研究。首先,总结了水锤计算的基本理论和计算方法。其次,以山地城镇加压输水工程实例建立数学模型,在事故断电停泵工况下,探讨不同种类空气阀在加压输水系统中的适用性,以及水泵出口阀门两阶段关闭程序的优化设置。然后,以山地城镇重力流输水工程实例建立数学模型,在系统末端阀门关闭情况下,探讨不同种类空气阀在重力流输水系统中的适用性,以及输水系统中阀门两阶段关闭程序的优化设置。最后,以山地城镇长距离串联增压输水工程实例建立数学模型,针对工程实例中出现的供水安全性问题,提出了输水系统水锤综合防护措施和技术改造方案。主要研究结论如下:①在山地城镇加压流输水系统停泵水锤防护,以及重力流输水系统关阀水锤防护中,普通空气阀的水锤防护效果不佳,不适宜作为该类输水系统的水锤防护措施。空气阀组选用合适的孔口直径比(ε=0.02-0.10),可以起到有效的水锤防护作用,适宜作为该类输水系统的水锤防护措施。②当山地城镇加压流输水系统事故断电停泵时,水泵出口阀门两阶段关闭程序设定应为:快关时间t1=C1∑ai/2Li,C1宜选取1.13-1.18;快关角度θ对水锤防护的影响较小,θ宜选取65-75;慢关时间t2 = C2·t1,C2宜选取10.0-10.7。③当山地城镇重力流输水系统末端阀门关闭时,针对管道末端阀门两阶段关闭程序的设定应为:根据蝶阀阻力系数的特点,以流量系数5%处的阀门开度划分两阶段,即快关角度θ宜选取66;慢关时间t2二C2·t1,对水锤防护的影响较小,C,宜选取1.3-2.0;阀门快关时间的优化是水力过渡过程的逆问题,利用区间消去法求解快关时间,快关时间,t1=C1∑2Li/ai,C1宜选取2.85-2.90。④西南地区山地城镇长距离串联增压输水系统实际工程采用流量控制阀、超压泄压阀和空气阀组综合防护措施,既可对不同标高的高位水池水量进行合理的流量分配,又能有效地防止水锤现象,提高供水安全性。该方法具有投资少、设置条件要求低的特点,可为其他类似山地城镇长距离串联增压输水工程提供参考。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.39
【部分图文】：

研究技术路线

图 2.1 运动方程控制体示意图Fig 2.1 Control body diagram of equation of motion管道中取管道两横截面间的微元水体为控制体，该控制体 x，如图 2.1 所示。根据牛顿第二定律，作用于微元控制控制体质量与加速度的乘积。d v Fdt m 横截面积 A是 x 的函数， 是从任意位置起始的沿管道轴道与水平线的夹角角度为 。设定高度沿 轴正方向增长时体上沿 轴方向的力包括：作用在横截面上的表面正)x 、由于横截面面积变化引起的压力分量2p x Ap x x n 以及管道内壁上的切应力0 。故：

图 2.2 连续性方程控制体示意图Fig 2.2 Control body diagram of continuity equation方程推导中，所取的微元水体控制体如图 2.2 所示。根据质量的水体质量的差值与该控制体内水体质量随时间的变化值相 AV A x AV AV xx t ： 0A AVt x 度 和管道横截面积 A的全导数：dVdt t x dA A AVdt t x 式（2.12）可化作：A V
【参考文献】

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本文编号：2844410