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高扬程长距离输水管线停泵水锤分析与防护
安荣云1 陈乙飞2
(1 上海理工大学城市建设与环境工程学院 上海 200090; 2 深圳市华力大机电技术有限公司 深圳 518034)
摘要 借助surge2008软件,结合某实际工程,得出了停泵水锤综合解决措施。结果显示,对于长距离加压输水管路系统而言,止回阀的关阀方案、弥合水锤的针对性防护措施以及水击防护阀的功能和口径选择是非常重要的。
关键词 水击泄放阀、断流弥合水锤;数值模拟;水锤防护;注气微排阀
0 引言
近年来,长距离翻山越岭的输水项目越来越多。这些扬程高、距离长、管线多起伏的加压输水管线系统,瞬态水力特性比较复杂,泵站与管线的水锤综合防护是一个值得研究的重大课题。近几年,笔者参与了多个此类工程的水锤分析和现场调试,积累了一些经验和看法,在此与大家共享。
1 工程概况
南方某长距离输水工程总设计流量0.07m3/s,管长总长约22km,采用DN300的钢管进行单管输水,水锤波速为1171.6m/s。水锤相A65#节点发射μ1=7454×2/1171.6=12.72S;或A114#节点发射μ2=12242×2/1171.6=20.9S。吸水池水位339
m,水泵200m @ 70L/S一台;最高节点A065高程493米(7454米处);次高节点A114高程483.8米(12242米处)。止回阀处最大静压:ΔZ=493-340=153m。末端节点A186标高363m;
末端水池水位365.8m。 由末端调节阀调节系统流量,使水泵和管线工作在设计状态,结果形成末端余压102m,需要减压调流,还需要分析计算末端调节阀的开阀水锤和关阀水锤,以及可能的调节水锤,限于篇幅,本文不讨论这个也需要认真对待的比较复杂的技术问题。经调节后管路系统的稳态水力坡度线如图1所示。流速V=0.9m/s,
水力坡度i=3.05‰。请注意图1 所示的节点编号。。。。。。
2. 瞬态水力分析
2.1 数值计算求解方法
水锤模拟计算软件为美国KENTUCKY大学的surge2008,水锤波的特征方程为基于弹性水柱理论的两个基本方程:。。。。。。 两个非线性偏微分方程的数值求解方法为拉格朗日“波特性法”(Wave
Characteristic Method,简称WCM),以瞬态管流源于管道系统水力扰动中的压力波的发生和传播这一物理概念为理论基础,通过追踪水锤波的发生、传播、反射和干涉,计算各节点不同时段的瞬态压力值。在Journal
AWWA上发表的多篇论文中,Wood教授对波特性法作了详细的论述,并通过数值模拟及工程验证对该方法与特征线法做了大量对比。结果显示,“波特性法”与特征线法具有同等的准确性,两者的计算结果完全吻合。鉴于波特征法的特殊计算理论基础,它又具有征线法所不具备的高效计算速度。
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