輸配水管線水錘數(shù)值模擬與防護(hù)措施研究.pdf

1、供水管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，它的運(yùn)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(dǎo)致破壞性水錘的發(fā)生，因此，選用合適的水錘防護(hù)措施，對(duì)水錘進(jìn)行理論分析和預(yù)測控制研究，是優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，保障輸配水管線的安全運(yùn)行的重要前提，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　論文基于HAMMER水錘分析軟件對(duì)輸配水管線水錘進(jìn)行數(shù)值模擬及防護(hù)措施研究。首先介紹

2、了水錘基本理論和計(jì)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(duì)中試裝置HAMMER軟件數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；其次，采用響應(yīng)曲面法設(shè)計(jì)模擬方案對(duì)簡單管路關(guān)閥水錘影響因素進(jìn)行了分析，并基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)水錘風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。最后，以某高揚(yáng)程加壓供水管線水錘防護(hù)為例，分析了空氣閥、兩階段關(guān)閉蝶閥、水泵轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、單向調(diào)壓塔、雙向調(diào)壓塔、空氣罐、二級(jí)止回閥、沿線節(jié)點(diǎn)出流的水錘防護(hù)特點(diǎn)及影響其防護(hù)效果的各個(gè)因素，提出了各

3、防護(hù)措施的適用范圍，以某長距離大流量輸水管線水錘防護(hù)為例，提出了此類工程水錘防護(hù)的解決方案，以某區(qū)域供水管網(wǎng)水錘計(jì)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(diǎn)流量變化四種水錘工況的特點(diǎn)，提出了管網(wǎng)局部管線水錘防護(hù)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(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，HAMMER軟件所采用的數(shù)學(xué)模型和求解算法是比較合適的，用于實(shí)際工程可得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。
　　②管路系統(tǒng)流量越大、高差越大

4、、管線越長、波速越大、關(guān)閥歷時(shí)越短，閥前最大水錘壓力就越大，并且各因素對(duì)閥前最大壓力的影響顯著。某高揚(yáng)程加壓供水管線和某長距離大流量輸水管線水錘風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)屬于高危險(xiǎn)級(jí)，因此需采取水錘防護(hù)措施，以消減風(fēng)險(xiǎn)。
　?、劭諝夤抟嗽诹髁枯^小、揚(yáng)程較高的情況下使用，空氣罐最佳設(shè)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?jí)毫?、空氣罐容積，其水錘防護(hù)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(yáng)程系統(tǒng)中，其消除

5、負(fù)壓作用有限；采用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的水泵，有助于水錘防護(hù)，可作為輔助措施；單、雙向調(diào)壓塔分別宜設(shè)置在易發(fā)生斷流彌合水錘的節(jié)點(diǎn)、泵出口附近，雙向調(diào)壓塔因其設(shè)置高度和引起水質(zhì)“二次污染”等問題，不適合在高揚(yáng)程供水管線中使用；如果供水管線有沿線節(jié)點(diǎn)出流，優(yōu)先考慮易發(fā)生斷流彌合水錘的點(diǎn)出流，以削弱水錘升壓；二級(jí)止回閥方案能降低泵前止回閥壓力，保護(hù)泵站附近管線，當(dāng)與空氣閥或調(diào)壓塔聯(lián)用時(shí)，能降低二級(jí)止回閥前的壓力，但對(duì)負(fù)壓的防護(hù)作用有限。
　　④

6、通過合理設(shè)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(fù)壓水錘，并且能滿足不同流量下的關(guān)閥水錘防護(hù)要求；其解決方案可為同類型工程水錘防護(hù)提供參考與借鑒。
　?、莨芫W(wǎng)中停泵水錘對(duì)管網(wǎng)壓力的影響與用水量有關(guān)；當(dāng)管網(wǎng)采用調(diào)速泵供水時(shí)，水泵轉(zhuǎn)速的變化對(duì)管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)壓力波動(dòng)有影響；管網(wǎng)中閥門快速關(guān)閉對(duì)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(diǎn)流量突然增大時(shí)，會(huì)對(duì)管網(wǎng)中其它節(jié)點(diǎn)壓力有影響，其影響與節(jié)點(diǎn)距離有