浅谈长距离重力流输水管线的水锤分析
《长距离输水工程管线优化及水锤模拟研究》范文
《长距离输水工程管线优化及水锤模拟研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速和工业的快速发展，水资源的需求量日益增长，长距离输水工程作为解决水资源时空分布不均、供需矛盾突出的重要手段，其管线优化和水锤模拟研究变得尤为重要。
本文针对长距离输水工程管线的优化设计及水锤模拟进行研究，旨在提高输水管线的运行效率、降低能耗，并确保输水过程中的安全性。
二、长距离输水工程管线优化1. 管线设计原则长距离输水工程管线的优化设计应遵循经济性、安全性和可持续性原则。
在满足输水需求的前提下，应尽量减少管线的长度和弯头数量，以降低能耗和运行成本。
同时，应考虑地形、地质、气候等因素的影响，确保管线的安全性和稳定性。
2. 管材选择与优化管材的选择对管线的运行效率和安全性具有重要影响。
在优化过程中，应根据实际需求和条件，选择合适的管材。
例如，对于长距离、大流量的输水工程，可采用钢制管道或塑料管道等具有较高强度和耐腐蚀性的材料。
此外，还应考虑管道的连接方式、防腐措施等因素，以确保管线的长期稳定运行。
3. 泵站与调蓄设施的优化配置泵站和调蓄设施是长距离输水工程的重要组成部分。
在优化过程中，应根据实际需求和地形条件，合理配置泵站和调蓄设施的数量、位置和规模。
通过优化泵站的运行策略和调蓄设施的调度方案，可以提高输水效率、降低能耗，并确保输水的稳定性和安全性。
三、水锤模拟研究水锤是指在水管系统中因流体速度的突然变化而产生的压力波动现象。
在长距离输水工程中，水锤现象可能对管道、阀门、泵站等设备造成损坏，甚至引发严重的安全事故。
因此，对水锤现象进行模拟研究具有重要意义。
1. 水锤模拟方法水锤模拟方法主要包括特征线法、有限元法、有限差分法等。
其中，特征线法因其计算速度快、精度高而被广泛应用于长距离输水工程的水锤模拟。
通过建立水管系统的数学模型，利用特征线法对水锤现象进行模拟，可以预测管道中的压力变化和流体速度变化，为优化设计方案提供依据。
2. 水锤防护措施为防止水锤现象对输水工程造成损害，应采取有效的防护措施。
长距离输水工程水锤防护分析和工程实践
长距离输水工程水锤防护分析和工程实践摘要：长距离输水管道工程，因其地势高差起伏较大，扬程较高，易发生水柱分离并造成水锤危害。
因此长距离输水管道工程的设计重点之一就是水锤防护的研究和安全防护。
本文结合工程实例对水锤防护问题进行探讨和分析。
寻找进行优化防护设计及最优方案。
关键词：高位水池；断流弥合水锤；水锤防护；箱式调压塔；恒速缓冲排气阀Abstract: the amount of transporting water pipeline engineering, because of its relief and bigger difference, where the head high, easy to have the separation and the water caused by water hammer hazards. So long water pipe of engineering design is one of the key water hammer protection of research and safety protection. Combining with the project examples of water hammer protection problems are discussed and analyzed. Looking for optimization protection design and the best plan.Keywords: high pools; To flow to bridge the water hammer; Water hammer protection; Box pressure regulating tower; Constant speed buffer discharge valve1、前言随着经济建设的发展，水资源的日益短缺，为了解决生活和工业用水的水源问题，近年来高扬程、大流量、长距离地形复杂的输水管线工程实例日益增多。
浅论长距离多起伏输水管道水锤防护
低碳技术LOW CARBON WORLD 2018/1浅论长距离多起伏输水營道水#防护王崛(湖南省农林工业勘察设计研宄总院，湖南长沙410000)【摘要】随着社会的发展，城市的进程在逐步加快，人们的生活水平越来越高，为了满足社会生活和生产的需要，长距离、大范围的引水工程越来越受到人们的重视。
水锤防护是长距离输水管道的关键因素之一，水锤防护对输水工程建设具有重要意义。
本文主要对长距离管道水锤防护多波动进行了分析，并结合实际情况和发展水系统的特点，提出了科学合理的水锤防护措施，促进工程建设快速发展。
【关键词】长距离;多起伏输水管道;水锤防护【中图分类号】TU991.39 【文献标识码】A【文章编号】2095-2066(2018)01-0110-02引言引水工程的建设需要重点关注，更多的是管道水锤防护问题。
长距离大型输水工程的施工要求较高，实际运行中会遇到管爆问题，给工程施工带来安全隐患。
在输水过程中，长距离承压输水管道容易发生水柱分离，对输水管道的损坏严重。
因此，对长距离管道水锤防护的研究具有重要的意义。
1水锤现象概述1.1水锤的基本概念及分类水锤现象主要是指由于动量变换引起的压力管道速度的巨大变化，它是在管路中形成一系列液压升降快速交替撞击现象。
水锤是由流速、加速度、动压等因素影响的水力瞬变过程。
水击的穗定性不强，随空间位置和时间的变化而变化，且没有穗定的流动状态。
现在，我国将被称为“水击泵站主管道系统的水力过渡过程，因此水锤的特性，在从穗定状态过渡到另一种穗定状态时，会有很大的不穗定性。
水锤有多种类型，不同的分区角，有不同的分类。
①根据截止阀与水锤相位的关系，直接水锤和间接水锤可分为两部分。
②影响水锤形成的外部条件是不一样的，按这一划分标准，水锤可分为启动水锤、闭阀水锤和停泵水锤三种。
③水压是水锤现象的一个关键因素，根据液压的特点，水锤分为刚性水锤和弹性水锤。
水锤现象会引起水锤波动现象。
水击现象有两种：水柱连续水锤和水柱隔水水锤，水锤结构如图1所示。
重力流输水管道水锤防护设计的探讨
２ ． １ ． ３ 他类 型 实 际ｌ 巾，还应考虑 他水锤防护 的卅 施 ： （ １ ）通 １ 增』 ｊ ｌ ｊ 符道 直 、 厚 ，降低输 水 竹线
或 由于水锤 产生 负压 时 ）能 够 向管 内注入 空气 消 除 管道 内的负 压 。
断流弥合水锤可通过补水 、注气稳压法防止。 工程中的实际应用有双向 （ 单向） 调压塔、 空气室、
气囊式水锤消除器及复合式进排气阀 ，具体如下 。
（ １ ）调 压塔
２ ． １ ． ２ 泄水降压法 泄水 降压法 的工程 实际应用有停泵水 锤消除
通 的 管 道 沿 农 ｍ ，… 地 及 ｆ 【 Ｉ 『 道 边 铺 设 ，地 形 、 Ｆ均 坡降 ０ ． ４ ％， 巾存 桩 号 Ｋ１ ＋ ０ ０ ０处 的地 而 标 如 为
当竹 道 巾水 压超 过 预 定 ｆ ｉ ￣ Ｎ ， Ｊ ‘ ，膜 片 自动破 裂 ， 水流外 ｆ ｌ ｆ ｆ ，从而 起到 泄水 降 来消 除 水锤 的作 Ｊ ｝ Ｊ
摘 要 ：本 文分析 了水锤 的危 害及其 控 制方 法 ，并结合 厦 门市水库 连通 工程 的案例 ，从 管道 设计 、 管道 、
设备选择及运行管理等方面提 出了有压重力流输水管道水锤 防护的措施 ，为类似工程的水锤防护设计提供 参考。
关 键词 ：长距 离输 水管道 水锤 水锤 防护
１ ． 水锤 及其危害 水锤是指在压力管道 （ 含有压重力流管道 ）中 由于液体流速的急剧变化 ，造成管道中的液体压力 出现突变 ，因液体的压缩性及管道的弹性引起 的输
《长距离输水工程管线优化及水锤模拟研究》
《长距离输水工程管线优化及水锤模拟研究》篇一一、引言长距离输水工程作为重要的基础设施建设，直接关系到区域内的水资源供给及环境保护。
而其运营效率和安全性能往往依赖于管线的优化设计和模拟分析。
在此背景下，本论文对长距离输水工程管线优化及水锤模拟进行了深入研究，旨在提高输水效率、降低运行成本，并确保输水过程中的安全性。
二、长距离输水工程管线优化1. 优化设计原则在管线优化设计中，我们遵循了经济性、安全性和可持续性原则。
经济性要求在满足输水需求的前提下，尽可能降低建设及运营成本；安全性则要求管线设计需考虑各种极端情况，如地震、洪水等自然灾害的抗击能力；而可持续性则强调管线的环保设计及节能措施。
2. 管线材质和布局优化（1）管线材质：在管线材质选择上，我们考虑了材料的抗腐蚀性、耐久性以及成本等因素。
通过对不同材质的管道进行性能对比分析，最终选择出性价比最高的材料。
（2）管线布局：在管线布局上，我们通过数学模型和地理信息系统技术对管线进行了精准的路径规划。
考虑到地形、地貌等因素，以及管线的安全性和施工便利性，优化了管线的走向和布局。
三、水锤模拟研究水锤现象是长距离输水工程中常见的现象，其产生的原因主要是水流速度的突然变化。
为了有效控制水锤现象，我们进行了深入的水锤模拟研究。
1. 水锤模拟方法我们采用了计算流体动力学（CFD）技术进行水锤模拟。
通过建立数学模型，模拟不同工况下的水流变化情况，分析水锤产生的原因和影响范围。
2. 水锤控制措施（1）设置调压塔：在关键节点设置调压塔，通过调节塔内水位，减轻水锤对管道的影响。
（2）改进阀门控制：优化阀门的开关时间及速度控制，减少水流速度的突变，从而降低水锤的产生。
（3）安装水锤消除器：在水泵出口等关键位置安装水锤消除器，吸收和减轻水锤对管道的冲击力。
四、结论与展望通过优化设计原则、管线材质和布局的优化选择以及水锤模拟研究，我们成功提高了长距离输水工程的运营效率和安全性。
长距离高落差重力流输水管道水锤特性分析
消能箱主要由折式消力板、 两道消能隔墙（一道 为接地式， 另一道为悬式） 、 消能底坎和后部的海漫等 构成， 其结构示意见图 ２。箱内头部水流主要以撞击、 翻滚和破碎的方式进行消能， 表现为水与箱体、 气体及 自身之间的相互摩擦和碰撞， 使水流的压能和动能充 分耗散。消能箱的消能效率是反映其功能的重要参
复杂地形条件下长距离、 高落差输水工程常采用 多级重力流管道分段输水， 其取水点往往海拔较高， 而 受水区海拔较低， 水体依靠重力自流就可满足输水要 求， 省电节能、 运行管理方便。许多重力流输水系统管 道随着地形起伏铺设， 供水方式受地形约束较大［］。 输水工程因上下游高差过大， 输水距离较长， 用户水量 需求不恒定， 故沿线须设置多级消能措施。如果管线 不设置分级减压消能， 虽然可以选用较小输水管径， 使 巨大的水能消耗在管道水力损失上， 但是会导致输水 系统停供时下游管道的静水压力过高， 同时相对过高 的管道水流速度在运行时可能引发过高的水锤升 无疑会加大管道承压标准而达不到降低工程造 压［］， 价的目的， 并且使输水系统在充水、 开阀和停水关阀的 过渡过程十分危险。《 城镇供水长距离输水管（ 渠）道 ［ ］ 工程技术规程》（ＣＥＣＳ１９３—２００５ ） 明确规定， 当重 力输水管道流速大于 ３ ｍ ／ ｓ， 或者在较低流量运行工 况下产生较大富余水头时， 应加装减压消能装置。这 种消能装置可以是调流阀， 也可以是减压阀， 同时配套 设置具有自由水面的调节水池。高落差工程输水管道 的水锤现象不同于常规重力流输水工程的， 需要对其 进行水锤分析， 为工程设计与安全运行提供依据。
１ ２ ３程中上游Fra bibliotek置减压消能箱， 将有压管道分成两段。其 管线纵剖面及消能箱设置位置见图 １。两段管道的设 计参数见表 １。
长距离重力流输水管线水锤防护设计探讨
图5全线水击包络线图（上图5 s、下图60 s开启）
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174防洪排水
城市道桥与防洪
2019年6月第6期
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图1输水管线系统断面图
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3.2稳态工况分析 首先，分析稳态工况下的管段静态参数和运
行参数,包括流量、沿程损失、局部损失、流速和水 力坡度。分析稳态工况下的节点运行参数,可得出 各节点压力，用于指导管材耐压等级的确定与优 化。图2中蓝线为管道走势线，绿线为水击包络 线，红线为稳态运行时的压力线,下同。
172防洪排水
D01:10.16799/ki.csdqyfh.2019.06.046
城市道桥与防洪
2019年6月第6期
长距离重力流输水管线水锤防护设计探讨
邓特刚李海强李鹏1,袁彦斌I，钟坤平2,唐伟军2
(1.天津城建设计院有限公司，天津市300122; 2•贵州塘旺机电技术有限公司，贵州贵阳550003)
本文结合水锤工况及现场施工与管理条件， 拟主要采用空气阀和水击泄放阀，并辅以末端缓 闭关阀措施，下文以某工程为例分析水锤防护设 计。防水锤型空气阀用于水泵出口及给水、排水管 线中，在管路降低到大气压力以下很小负压时即 迅速开启，吸入大量的空气,破坏真空，防止负压 产生，而当压力波返回，压力升高，在恢复正压时
关键词：长距离;重力流;水锤防护;模拟;全过程
长距离供水管道水锤分析优化与应用研究
长距离供水管道水锤分析优化与应用研究长距离供水管道水锤分析优化与应用研究摘要：水击是长距离供水管道系统中的常见问题，它可能导致管道爆裂、泄漏等安全隐患，并对管道运行稳定性和供水质量造成不利影响。
本研究旨在分析长距离供水管道中的水击问题，并提出相应的优化措施和应用研究，以确保管道系统的安全稳定运行。
1. 引言长距离供水管道是城市和农村供水系统的重要组成部分，其作用是将水源地的水源输送到用户所在的位置。
然而，供水管道中会遇到水击问题。
水击是由于管道中水流速度和压力的急剧变化引起的瞬时液压冲击，可能对管道系统造成严重破坏。
因此，研究长距离供水管道的水击问题，进行优化与应用研究，具有重要意义。
2. 长距离供水管道水击分析在长距离供水管道系统中，水击问题会随着供水管道的设计、运行和维护等因素而产生。
目前，常用的分析方法包括数值模拟和实验研究。
数值模拟可以通过计算水流速度与压力的变化来预测水击的发生。
实验研究可以通过在实际管道上进行实测来获取数据，并验证数值模拟的结果。
通过对长距离供水管道中的水击进行分析，可以了解水击的机理和特征，以便更好地优化管道系统的设计和运行。
3. 长距离供水管道水击优化措施为了解决长距离供水管道水击问题，需要采取一系列优化措施。
首先，合理设计管道系统，根据水源地和用户位置的距离、高差等因素，确定管道直径和材质。
其次，在系统中设置阀门、消声器等装置，用于调节水流速度和压力的变化。
此外，还可以采用自动控制系统，通过监测和调节水压，减小水击的发生。
最后，加强管道的维护和检修工作，及时修复漏水和破损等问题，以确保管道系统的稳定运行。
4. 长距离供水管道水击应用研究长距离供水管道的水击问题不仅在理论研究中需要关注，也需要在实际应用中进行研究。
通过实地调研和数据分析，可以了解不同地区和不同管道系统中水击问题的发生频率和程度。
同时，还可以比较不同优化措施的效果，并提出相应的改进方案。
此外，还可以开展培训和宣传活动，提高用户和维护人员对长距离供水管道水击问题的认识和应对能力。
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浅谈长距离重力流输水管线的水锤分析
摘要重力流输水管线，运行过程中阀门突然关闭和开启时，由于管道中压力水流的惯性，会产生比正常水压高出数倍的水流冲击波，形成水锤，对管道以及阀门配件造成严重损害，因此，消除水锤效应是长距离重力流输水管线设计及运行必须考虑的主要因素。
本文着重分析了新疆第十师北屯垦区城镇引水管道复线工程的水力学特性，通过对比各种工况下水流状态的情况，提出防止水锤危害的设计措施和运行方案，供类似工程参考。
关键词重力流输水;水锤;空气阀;水击泄放阀
1 前言
在重力流输水管线中，当阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波和“空化”现象，压力的冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，称为“水锤效应”。
在水管内部，当打开的阀门突然关闭，由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，迅速达到最大，并产生破坏压力作用，这就是正水锤，在管道建设中都要考虑这一因素。
相反，关闭的阀门在突然打开后，也会产生水锤，叫负水锤，也有一定的破坏力，但没有前者大[1]。
水锤效应有极大地破坏性，压强过高，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。
为了消除水锤效应的严重后果，在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
本论文着重分析了新疆第十师北屯垦区城镇引水管道复线工程的水力学特性，通过对比各种工况下水流状态的情况，提出防止水锤危害的设计措施和运行方案。
2 工程概况
2.1 基本参数
疆第十师北屯垦区城镇引水管道复线工程近期（2015年）设计总供水量为15万m?/d，远期（2025年）设计总供水量为30万m?/d。
全程采用重力流输水，取水水源为635水库水，前端0+000～3+000桩号为单管，采用DN1800～DN2000的PCCP管，水库死水位632.0m，洪水位647.8m，常水位645.4m，设计终点净水厂格栅进水渠道标高574.00m。
双管运行最终达到30万m?/d的供水规模。
一期管线建成于2011年，其中3+000～35+005 桩号采用DN1600PCCP管;35+005～48+705 桩号采用DN1400的钢管，48+705～51+833桩号采用DN1000的钢管。
复线工程3+000～35+005桩号管径DN1200;35+005～51+833桩号管径DN1000，全线采用K9级球墨铸铁管。
2.2 水锤分析数学模型的建立
图2-2 原水管线断面图
3 关阀水锤分析
在输水系统局部高点处增设防水锤型空气阀，旨在避免管道末端净水厂进水阀的关阀、开阀引起的系统超压以及较大负压的形成，防止输水系统出现“断流弥合水锤”。
从以下分析结果可知，沿线管线安装空气阀后，输水工程沿线没有出现负压和“断流弥合水锤”，达到了水锤防护的效果，确保输水系统的安全可靠运行[2]。
图3-1 安装空气阀后，600s均匀关阀时的末端进水阀处
水击压力历时曲线
图3-2 安装空气阀后的600s均匀关阀的全线水击包络线
综上分析可知，沿线安装防水锤空气阀后，当设计终点净水厂的进水阀关阀时间延长至600秒关阀后，沿线管道的水锤压力才会得到一定程度的缓解，最大水锤压力被限制在1.0MPa以下。
因此建议设计终点净水厂进水阀的正常关阀历时应不小于600秒[3]。
3 水击泄放阀的安装
作为一种后保护装置，当沿途水锤预防措施失效而发生水锤升压时，水击泄放阀能够迅速地响应水锤压力泄除多余的高压。
图4-1 末端安装水击泄放阀后，60s均匀关阀时的末端进水阀处
水击压力历时曲线
图4-2 末端安装水击泄放阀后的60s均匀关阀的全线水击包络线
由于水击泄放阀的保护范围有限，故其安装位置应尽可能靠近水锤发生源，从源头预防及消除水锤升压破坏，确保输水系统的安全运行。
建议水击泄放阀的安装位置应靠近设计终点净水厂处进水检修阀前的输水主管上[4]。
4 开阀水锤分析
图5-1 沿线安装空气阀后，30s均匀开阀时的末端进水阀处
水击压力历时曲线
图5-2 沿线安装空气阀后，30s均匀开阀的全线水击包络线
综上所述，末端进水阀的开阀不会引起破坏性的水锤升压和负压。
但是开阀时间越短输水管线的降压幅度越大，越容易在坡度变化大的管段处产生负压[5]，所以建议末端进水阀的正常开阀历时宜尽可能延长，从而增加供水系统的安全可靠性，建议开阀时间不应短于30秒。
5 结束语
（1）重力流输水管线沿线安装空气阀后，设计终点进水阀的正常关阀历时应不小于600秒，可有效防止水锤升压。
（2）为从源头预防及消除水锤升压破坏，在设计终点净水厂处进水阀前的输水主管上安装水击泄放阀，作为管线运行过程中人为操作失误导致的水锤效应的一种后保护装置。
（3）关闭的阀门在突然打开时，产生的水锤虽然危害不如关阀水锤大，仍有一定的破坏性，设计终点进水阀的正常开阀时间不应短于30秒，从而增加供水系统的安全可靠性。
参考文献
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[2] 燕在华.水锤的发生和防护[J].节水灌溉，1999（2）：11-13.
[3] 中国市政工程西北设计研究院，给水排水设计手册—第3册城镇给水[M].北京：中国建筑工业出版社，2006 ：55-56.
[4] GB50013-2006.室外给水设计规范[S].北京：中国计划出版社，2006.
[5] CECS193：2005.城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程[S].北京：中国计划出版社，2006.。