长距离大管径重力流输配水管道水锤防护方法探讨
长距离大型区域重力流输水系统水锤防护计算研究的开题报告
长距离大型区域重力流输水系统水锤防护计算研究的开题报告题目：长距离大型区域重力流输水系统水锤防护计算研究一、研究背景和意义随着经济的持续发展，城市化进程的不断加速，水资源日益匮乏，人们开始向远离水源的区域寻找新的水源，将水资源通过长距离的管道输送到需要的地方。
重力流输水系统是一种常用的输水方式之一，具有输水量大、管道较为简单等优点，然而在管道中流动的水会产生水锤现象，对管道造成严重的损害，甚至威胁到系统的正常运行和安全。
因此，对长距离大型区域重力流输水系统水锤防护计算研究具有重要的意义。
本研究将对长距离大型区域重力流输水系统中的水锤问题进行研究和探讨，进一步完善和提高重力流输水系统的设计、施工和运行管理水平，为保障城市正常供水和经济发展做出贡献。
二、研究内容和方法本研究的主要内容包括：1. 建立长距离大型区域重力流输水系统水锤问题的数学模型。
2. 基于数学模型，研究重力流输水系统中水锤的发生机理及其对管道的损害情况，并分析其影响因素。
3. 探讨、设计和优化重力流输水系统水锤防护方案，提出相应的计算方法和理论依据。
4. 基于实际工程应用对研究成果进行验证。
本研究将采用理论分析和实际工程应用相结合的方法，通过数学建模、计算机仿真和实验验证等手段，全面探索大型区域重力流输水系统水锤现象的发生机理、影响因素及防护方式，为保障重力流输水系统的正常运行提供关键的理论和技术支撑。
三、预期成果及创新点1. 建立长距离大型区域重力流输水系统水锤问题的数学模型，为进一步研究提供理论基础。
2. 深入探究重力流输水系统中水锤的发生机理及其对管道的损害情况，尤其是在长距离输送和复杂地形条件下的情况，对系统设计、施工和运行管理具有实际应用意义。
3. 提出针对长距离大型区域重力流输水系统的水锤防护方案，设计相应的计算方法和理论依据。
4. 在实际工程应用中验证理论成果的可行性，优化重力流输水系统的设计、施工和运行管理水平，促进城市供水的发展，为经济发展做出贡献。
长距离输水管线水锤防护措施技术探讨
长距离输水管线水锤防护措施技术探讨摘要：长距离输水管线中水锤防护具有重要的意义，本文介绍了几种常见水锤防护措施，并以张家口云州水库调水工程为例，着重介绍缓冲排气阀和箱式双向调压塔在工程的作用。
关键词：长距离，水锤防护，缓冲排气阀，双向调压塔Abstract: the long distance delivery pipe line water hammer protection has an important meaning, this paper introduces several common water hammer protection measures, and with zhang cloud state water transfer project reservoir as an example, this paper introduces buffer exhaust valve and box pressure regulating tower in the project of the two-way role.Keywords: long distance, water hammer protection, buffer exhaust valve, the double pressure regulating tower1、引言我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源占有量很低。
有些地区水已成为制约经济发展的“瓶颈”。
新中国成立以来，随着工农业的发展，科学技术的进步，我国兴建了40多万处泵站工程。
已建和正在修建的许多大型泵站工程，向几十公里甚至更远的地方供水。
在长距离输水工程中，对泵供水系统安全危害较大的是水锤事故，不少工程因水锤而遭受严重破坏。
水锤事故的成因不同，产生危害也不同，有的造成压力管道破坏（即爆管），有的造成泵房被淹，有的设备被打坏，伤及操作人员等，给正常的生活的生产带来了严重的影响和经济损失。
浅谈长距离重力流输水管线的水锤分析
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。
长距离输水管道水锤现场测试及防止措施探讨
续发生了 ３ 次管道爆管事故 ，对临桂新 区的供水造
成 了 较 大 影 响。 事 故 地 点 均 位 于金 水 路 段 保 留 的 Ｄ Ｎ ５ ０ ０砼 管 道 ，集 中在 临桂 加压 站 清 水 池调 节 阀前 端 ８ ０ ０米 范 围 。 分析爆 管原 因，由于 ２ ０ １ ０年 机 场 路 管 道 改 造 前 没 有 发 生 这种 连 续 爆管 的现 象 ，是 否 与 改 造后 金 水 路 段 管 道 流量 增 加 有关 ？是 否 与 临桂 加 压 站 清水 池 进 水 阀 门开启 度 的调节 （目的 是调 节 加 压 站清 水 池进 水 流量 ，采 用 电动 蝶 阀调 节 ）对 管 道 产 生 了水 锤 效应 ，造 成 压强 骤 升诱 发爆 管 有 关 ？为 找 出爆 管 真 正原 因 ，桂林 市 自来 水公 司组 织 人员 对 输 水 管 道 系统进 行 了水 锤 现 场测 试 和分 析 工 作 ，以便 进 一 步 研 究 长距 离 输 水 管 道 系统 中水 锤 发 生 的原 因 、危 害
群
ＣＩＴＹＡ ＮＤ ＴＯ Ｗ Ｎ ＷＡ Ｔ ＥＲ ＳＵＰＰＬＹ
・
研 究与探讨 ・
长距离输水管道 水锤现场测试 及防止措施探讨
叶青旺 张莉晖
（ 桂林市 自来水公司 ，广西桂林 ５ ４ １ ０ ０ ２ ）
摘 要 ：本 文 以 临桂 新 区长距 离输 水 管道 为例 ，进 行 了管 道 阀 门启 闭 引起 的水 锤 效 应现 场 测 试 分析 。根 据 测试 数 据 结 果 采取 相 应 的措 施 来避 免 和 减 小 水锤 的 危 害 ，这 些 防 护措 施 不仅 在 临桂 新 区长距 离输 水 管 线
展现。
试点 具 体位 置 如 图 ２）
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
长距离重力流输水管道系统的水锤防护研究的开题报告
长距离重力流输水管道系统的水锤防护研究的开题
报告
一、研究背景：
随着经济的发展和人民生活水平的提高，水资源的需求量逐渐增大。
为了满足人们对水资源的需求，水利工程建设进入井喷式发展，长距离
重力流输水管道系统得到了广泛应用。
然而，由于管道系统中水的流动
速度很快，当水流急剧变化时，会产生水击现象，即水锤。
水锤会给管
道系统带来严重的破坏，严重影响水源的正常供应。
因此，研究长距离
重力流输水管道系统的水锤防护措施已成为亟待解决的问题。
二、研究目的：
本研究旨在探究长距离重力流输水管道系统的水锤防护研究，并提
出可行的防护措施，以保护管道的正常运行，确保水源的正常供应。
三、研究内容：
（1）长距离重力流输水管道系统的水锤机理分析；
（2）水锤的计算方法研究；
（3）针对多种水锤现象，提出不同的防护措施，包括增加变径段、增设阻尼装置、增设空气室、减少管道的柔性等措施；
（4）对比分析各种防护措施的优缺点，提出综合防护措施，包括结合不同措施的组合防护方案。
四、研究方法：
采用文献资料法、数值模拟法、实验方法等研究方法，对长距离重
力流输水管道系统的水锤防护研究进行探究。
五、预期成果：
（1）掌握长距离重力流输水管道系统的水锤机理；
（2）探究多种水锤现象的计算方法；
（3）提出不同的防护措施，比较各种措施的优缺点；
（4）提出适用于具体工程的综合防护措施。
六、研究意义：
本研究的成果将为长距离重力流输水管道系统的设计、建设和运行提供参考，为保障水资源的正常供应起到积极的作用。
浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计
浅谈长距离压力输水工程水锤防护设计摘要：长距离输水工程管线长，管道起伏大，输水安全性要求高，而水锤是影响长距离压力输水工程运行的一个重要因素，根据调查统计，在城市给水阀门和工业企业的给水泵站中，绝大部分水锤事故都属与停泵水锤事故。
本文本工程在对压力系统水锤分析时只对停泵水锤进行分析并提出防护设计措施。
关键词：长距离压力输水管道；停泵水锤；防护设计1、工程概况本长距离输水工程，设计流量：20万m3/d（考虑5%的沿程漏损和水厂自用水后为21万m3/d），从取水泵房至水厂主要采用焊接钢管，双管并联，单线长6.2km，管径为DN1200，壁厚10mm；取水泵房设计地面38.5m，泵进口约37.15米，原水引水管余压约2.5-5m。
水厂设计地面标高97.5m，配水井水位标高101.3m，原水进水余压1.0m。
2、模型建立2.1应用软件简介。
本工程水锤分析软件采用奔特力-海思德软件公司的HAMMER软件，该软件将水锤效应（waterhammer）的复杂原理结合成为简单易用的工程工具，建模以节点和管段的稳态计算结果为基础，协助水利工程师顺利地进行任何复杂的水锤水击水力计算与设计。
2.2建模数据。
水泵参数：4台水泵并联工作，3用1备。
其中PMP-1及PMP-2水泵Q=2188m3/h、H=63m，电机功率560kW。
PMP-3及PMP-4水泵Q=4375m3/h、H=63m，电机功率1000kW。
PMP-4为备用泵。
根据取水泵房内远期水泵配置和原水压力管道平面方案布置图及简化的纵断面图，建立水锤计算模型。
示意如下：由上图可知，管线稳态运行时泵后压力最大为70m，管道沿线各节点压力在70m水头范围内，而设计中要求原水输水管的安全可靠性较高，设计泵站后管道采用D1220X10钢管，管线在远期21万m3/d设计流量时可以保证在流量恒定的前提下安全运行，危及管线系统安全的潜在因素是由于事故停泵而引起的停泵水锤，这也是本设计关注的重点。
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
1.0E+4
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
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长距离大管径重力流输配水管道水锤防护方法探讨
发表时间：2020-03-18T02:42:09.174Z 来源：《建设者》2019年23期作者：崔月甫[导读] 水锤容易发生在长距离大管径重力流输配水管网的输配水过程中，是一种破坏性极大的现象。
河北供水有限责任公司保沧干渠管理处河北定州 073000摘要：水锤容易发生在长距离大管径重力流输配水管网的输配水过程中，是一种破坏性极大的现象。
因此，在输配水管网的设计、施工和运行过程中要充分考虑水锤对输配水管网的安全、稳定性的影响。
理论上只要控制了输配水管道的水流速度和压力突变就可以消除这
种现象，在实际操作过程中尤其应对管道的强度薄弱环节予以特别重视。
人们在长期对水锤的预防和控制过程中积累了大量的经验，只有深入了解各种水锤防护装置的特性及其消锤原理，才能在对水锤进行详尽计算分析后根据水锤压力变化的特点及经济条件合理选用。
关键词：长距离；大管径；重力流；输配水管道；水锤防护方法引言
目前，我国长距离大型重力流输水工程越来越多，随之而来的工
程爆管问题引起越来越多工程人员的注意。
长距离有压重力流输水管道中易发生水柱分离与断流弥合水锤，并造成严重的水锤危害。
管道系统水锤防护问题，作为输水管道安全运行的重要课题之一，是很有必要进行深入研究的。
在长距离输水管线中，尤以多起伏管道水锤防护难度最大，发生水锤事故最多。
实际工程更需要这方面的技术，根据输水系统的实际特点，设计合理、有效、经济的水锤防护措施。
长距离大管径重力流输水管道中压力特点大型管道输水工程，常常利用天然地形落差靠重力流输水，正常
运行时测压管水头小于静水头，但是，当管路上的闸、阀关闭后，管中最大静水头即为地形最大落差，落差越大，管道承受的压力越高，当闸、阀发生非正常关闭时，容易产生较大的水击压力，造成管道爆裂事故。
对于特殊的多起伏重力流管路，常常在管路高点、转折点发生断流空腔，容易造成断流弥合水锤。
因此在长距离重力流输水工程中也应充分认识到水柱弥合水锤的危害。
重力流输水管道因无水泵加压，故无停泵水锤危害。
与水泵加压管道压力不同的是其静水压线高于动水压线 ; 而小流量运行时压力反高于大流量运行时压力。
对长距离重力流输水管道进行水锤防护时，用减压水池或减压阀对管道进行分段或者分级，往往有很好的效果 ; 且与加压力输水管道需多级加压相比，要经济得多，技术上也更易于实现。
各类水锤防护方法的技术分析消能减压防护技术分析静水中是具有压力的，作用在单位面积上的静水压力为静水压强，它随水的深度增加而增加。
静水压强的大小，是相对于大气压而言的。
输水管道内作用在管道内壁的静水压力，在与大气相接触时，即在瞬间，静压能量以其他方式转化消耗，此时视管道内液体与大气接触面的相对压强为零，即消能构筑物必须有与大气相连接的装置，并且要达到简单和保证饮用水供水安全的目的。
输水管道内除去只与水深有关的静水压强外，还存在动水压强，它不仅与该点的空间位置有关，还与水的流动有关。
重力输水管管径按充分利用作用水头选取，故在设计流量工况下运行时无剩余能量，在流量低于设计流量下运行时，水头损失减少，重力流输水管路就有了富余能量。
在安装减压阀的系统中富余能量的大部分由减压阀自动消除，使管路末端压力减轻。
安装减压阀利于管道安全运行和降低维修成本。
根据《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规范》可知，减压阀出口恒压值根据最大设计水量水压线调整出口压力值，可实现在最大设计流量时不减压消能，而仅消减小流量运行产生的富余能量。
关阀水锤防护分析减压恒压阀防护重力流输水管道因阀件及管道接头等漏水、管道爆裂、下游系统正常保养等原因需停运时，绝大多数采用关下游出口阀门的方法。
由于阀门阻力系数在匀速关阀过程中不是均匀增加的（一般是在关阀前60° ~70°增大不多，对流量减少也不大，但在以后的 20° ~30°则突然增加），故极易造成很大的关阀水锤。
管道长度越大，阀门阻力系数值对流量的影响越小，越易造成最后突然关阀时流量最大。
而重力流输水管安装减压阀后，受影响管道长度减小，水头变化减小，可见减压阀对水锤防护作用极大。
缓闭蝶阀防护
关阀水锤防护最简单有效的方法是延长阀门关闭的时间，选择可控制的两阶段关闭蝶阀。
就某一种管道安装情况来说，应考虑几种可能的解决办法，这些方法包括：在阀门处布置旁通管；对阀门最后
15%~20% 开度提供缓冲保护；采用双速（两段式启闭）阀门。
延长阀门关闭（或打开）时间，可以将水锤压力控制在一定范围内，这对大型阀门是简单易行的。
对于长管线来说，按照控制水锤压力反算的阀门关闭（开启）时间往往较长，达到 5min~10min 甚至更多，同调度运用灵活性要求构成了矛盾。
因此，对长管道的水锤危害问题应进行专家分析，采用组合方案。
缓冲排气技术分析
长距离输水管路的高点处或膝部，由于很多原因常常会聚集大量气体，引起管道气堵，甚至水流中断；或者发生水柱分离水锤，形成液体局部汽化空腔（蒸汽腔）。
为了保护管路，沿管路必要处可设置进排气阀。
根据气液两相流态分析，造成管道排气困难及爆管水阻增大等现象的主要是段塞流，故工程实践中均利用恒压缓冲排气阀能满足管道中水气相间条件下能连续大量排气的要求，从而安全、平稳的排出管道中气体，防止气阻增大带来危害。
根据国外相关技术资料和国内近年来的工程实验，输水管道上排气阀的布置方式为管道坡度小于 1 时，每隔 0.5km~1.0km 设一个，每个排气阀都设在该管段的最高点，当多起伏管道时，可根据其起伏高度分析是否需要增加，必要时进行相应的水力计算。
重力流输水管水锤防护分析
输水管起末端的高度差越大时，有压重力输水的可利用水头就越
大，当确定输水设计流量时，输水管管径越小，投资越少，输水管流速越大，运行时可能引起的水锤升压就越高。
有压重力输水在以下三种情况需消减富余能量：
（1）当可利用水头过大，管中流速超过 3m/s 或超过水锤计算所确定的最大流速时；
（2）起端（如水库等）水位变幅较大时；
（3）低于设计流量运行，输水管下游管道因压力增加较多，不利于安全输水时。
第一、三种情况减压装置常设在输水管的中下游；第二种情况常设在输水管中上游；第一、三种情况设置的减压阀对输水管还具有较好的水锤防护和减少漏失水量的功能。
多起伏以及落差较大的“U”字形重力流管路系统是否需要减压和分几级减压，主要取决于输水管总落差的大小和管道的承压能力。
落差越大，管道允许承压能力越低，需要设置减压的级数就越多。
针对重力流管路系统，降低管材承压等级、减少工程造价，并预防水锤的发生是重点；消减关阀水锤，将借助于缓闭蝶阀和减压措施，防护管道某些部位可能产生水柱中断，以及断流水锤升压，减少爆管事故；对于较平坦的管路系统，主要以减压恒压阀为降压措施，用恒速缓冲排气阀及时排出管道气体，预防断流弥合水锤，避免气水两项流的发生。
结束语
总而言之，目前，我国许多大中城市尤其是北方城市由于当地水
资源缺乏，不能满足国民经济迅速发展和人民生活水平不断提高对水的需求，必须兴建长距离调水工程，以缓解水的供需矛盾。
重力流管道输水方式因其具有可随地形条件铺设，对地质条件要求不高，渗漏损失小，能保证输水水质，施工方便，造价较低，管理方便等优点，常作为设计者优先考虑的方案。
因此长距离大管径重力流输配水管路的水锤防护技术分析，不仅对供水工程的设计提供科学依据，而且对指导供水工程的安全运行也具有十分重要的意义。
参考文献
杨梁春 . 超高层建筑给水管道系统水锤防护技术的探索与应用[J]. 安装,2019(08):39-41.
张大帅 , 李国栋 , 周标 . 某供水工程竖管式和斜管式出水管道设计及停泵水锤防护研究[J]. 给水排水,2015,51(06):107-111.。