重力輸水管道富余壓力對水錘升壓的影響

汪建平　杜燕子

摘 要 長距離重力流管道輸水是利用兩地的地勢高差，局部管道中壓力富余不可避免。富余壓力不僅會造成關閥水錘，而且會加劇斷流型水錘升壓，其破壞力極強。本文結合某縣重力輸水工程實例，分析富余壓力對水錘升壓的影響，采取相應消能措施，給出最優(yōu)的水錘防護方案。

關鍵詞 重力輸水管道 水錘

中圖分類號：TU991.39 文獻標識碼：A

1工程實例

1.1工程概況

某縣城重力輸水，供水量為360m3/h，供水管長約6.11km；0至2721.3采用DN400的PE管，承壓值為1.6MP，2721.3至3054.8采用DN400的PE管，承壓值為2.0MP，其余管道采用DN400的球墨鑄鐵管，承壓值為2.4MP。

其中，起端水池出流水頭為2m，沿線設有恒速緩沖排氣閥，末端閥門采用勻速關閉的方式，保證出流水頭10m。

1.2水錘計算

本工程在計算中選用的水錘防護措施為恒速緩沖排氣閥和箱式雙向調(diào)壓塔。就不同工況進行非穩(wěn)定流計算分析，以確定最佳的防護措施。

統(tǒng)一在末端水池處安裝活塞閥，關閥方式采用勻速關閉，經(jīng)計算本工程末端閥總關時間在200～600s之間垘對水錘計算影響不大，為方便比較總關時間定為300s進行分析。

指定樁號處安裝恒速緩沖排氣閥，樁號2+650.80、6+050.00處分別安裝箱式雙向調(diào)壓塔的暫態(tài)分析：其具體管道水錘升壓計算分析見圖1。

結論：從圖1可以看到，沿線局部管道最大壓力值遠超出了管道的承壓范圍，對管道系統(tǒng)運行的安全性構成極大隱患，必須采取進一步的防護措施。

1.2.1原因分析

從上面計算可以看出，加調(diào)壓塔幾乎沒有起到水錘降壓的效果，主要是由于管路末端富余壓力過大，具體分析原因有：

（1）末端閥門關閉造成了關閥水錘。由于地形高差大，末端管路的靜水壓力較大，當管道輸水發(fā)生事故時，末端閥門事故關閉，可能會產(chǎn)生升壓很大的關閥水錘，在本工程中末端閥門采用勻速關閉的方式，并沒有在管路末端造成很大的關閥水錘升壓，但由于末端關閥，在管路局部產(chǎn)生了斷流型水錘。

（2）斷流型水錘產(chǎn)生了很大的水錘升壓。由于管道中富余壓力過大，在潰滅過程中兩股水柱再彌合時將發(fā)生猛烈的撞擊，產(chǎn)生較大的水錘升壓，這使得箱式雙向調(diào)壓塔的防水錘效果降低。

1.2.2 采取措施

為了消除管道中的富余壓力，本設計先采用在2+550處設置中間水池的方法，將管線分隔開，作為兩段單獨計算，為了節(jié)省篇幅，將計算結果繪于一張圖上。

1.3設中間水池的水錘計算

在2+550處設置中間水池，在水池入口處設有勻速關閉的活塞閥，水池出口壓力為2.5mH2O。

指定樁號處安裝恒速緩沖排氣閥，樁號1+850、3+000處分別安減壓恒壓閥，樁號2+750處安裝箱式雙向調(diào)壓塔的暫態(tài)分析。其具體管道水錘升壓計算分析見圖2。

結論：從圖2可以看到，所有管道的壓力都降至管道的承壓范圍之內(nèi)，該方案防水錘效果非常好，能有效保證管道的安全運行。

1.4最佳防護方案

從以上計算可以看出，末端閥門勻速關閉，關閥時間200s至600s，指定樁號處安裝恒速緩沖排氣閥，樁號1+850、3+000處分別安裝減壓恒壓閥，樁號2+750處安裝箱式雙向調(diào)壓塔，能夠保證管道安全有效的運行。

2結論

從該縣重力流輸水工程的水錘計算分析中可以得到：

（1）重力流輸水管道中富余水頭造成的危害是非常嚴重的，因此在類似的重力流輸水工程中，應充分利用地形，設置中間水池、減壓恒壓閥、超壓泄壓閥、水位控制閥、自消式對沖消能器等減壓消能措施來消除富余水頭；

（2）長距離重力輸水工程應重點防護斷流型水錘，建議優(yōu)先考慮防斷流型水錘效果較好的箱式雙向調(diào)壓塔；

（3）幾種水錘防護措施的聯(lián)合使用往往比只使用一種措施來防水錘效果更明顯。因此，在水錘計算時應充分考慮多種水錘防護措施的聯(lián)合使用，并結合管道末端關閥時間，合理地給出各種邊界條件，進行準確的水錘計算模擬，給出最優(yōu)的防護方案。

參考文獻

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