长距离重力流输配管网水锤防护探讨
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。
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。
关于城市输配水管网中水锤现象及防护的讨论
关于城市输配水管网中水锤现象及防护的讨论关于城市输配水管网中水锤现象及防护的讨论摘要：水锤是破坏市政输配水管网的重要原因之一，科学地估计它可能带来的危害，并从设计、施工和运行三个环节采取措施，防止或减少水锤带来的损失，对保证输配水系统的平安、稳定运行具有重要的意义。
关键词：水锤；防护措施市政输配水管网是现代城市生活的命脉，因此对其供水平安性和稳定性方面的要求非常严格。
随着城市用水的日益增加，输水管道越来越多、管线越来越长，且绝大多数是有压输配水管，一旦发生事故停泵、阀门快速关闭等，将会使管道系统中水流速度突然变化而引起剧烈的压力升高和降低的水力瞬变现象，并以波的形式在管中往返传播，这种水力冲击现象因其发出的声音如锤敲击管道，所以称之为“水锤〞现象。
水锤现象是破坏管道的重要原因之一，对于它的研究最早于1858 年由Menabrea 开始进行，并由此奠定了弹性水锤的理论根底。
此后关于水锤方面的研究成果如雨后春笋，本文所分析的市政输配水管网系统中水锤的发生与开展，并科学地估计它可能带来的危害，从而及时采取措施，防止或减少水锤带来的损失，对保证输配水系统的平安、稳定运行具有重要的意义。
一.水锤的理论分析水锤现象是由于管道中水流速度突然变化而导致管道内压力变化的水力瞬变现象，管道系统中压力变化量可以由下式计算：△H=±ag△V假定水在管道中作不定常流动时，其运动方程和连续性方程如下运动方程：连续性方程：式中：H 为测压管水头；a 为水锤波传播的速度；g 为当地重力加速度；f、D 分别为管道的摩阻系数和直径；V 为管内流速；θ 为管道中心线与水平面的夹角；x、t 分别为水锤波沿管轴线传播的距离和时间。
在式中用V|V|代替V2 保证了粘性阻力的方向始终与速度方向相反。
根据以上方程就可以分析管道内发生水锤时的压力变化规律和水动力学特性。
如普通钢管的水锤传播速度a 大约为1km/s，而城市输配水管网中水流速度大约为3-4m/s，那么由式计算可知，发生水锤时，压力约为3-4Mpa，并以1km/s 的速度在管网内迅速传播，将对管道和设备造成极大的损害。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
长距离重力流输配管网水锤防护探讨
发表时间：2016-05-28T12:28:47.903Z 来源：《基层建设》2016年2期作者：王秉钧1 杨廷浩2 [导读] 1、2．中国市政工程中南设计研究总院有限公司湖北武汉 430000 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。
王秉钧1 杨廷浩2
1、2．中国市政工程中南设计研究总院有限公司湖北武汉 430000
摘要：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。
关键词：市政输配水管网；重力流；水锤防护目前，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。
因此长距离重力流输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。
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[4]：（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。
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[7]。
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[7]。
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。
结束语
水锤容易发生在市政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，在市政输配水管网的设计、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网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。
参考文献：
[1]金锥，姜乃昌，汪兴华等.停泵水锤及防护[M].北京：中国建筑工业出版社，2004年11月第二版，l，66-70
[2]云华.输水管道工程水锤特点及防护[J].内蒙古水利.2010，129（5）：134-135
[3]吕坤.水泵加压输水管道水锤防护措施研究.山东水利，2010.5：52-56
[4]城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规范[S].
[5]于必录，杨晓江，等．泵系统过渡过程分析与计算[M]．北京：水利电力出版社，1993.
[6]孟丽芳，张晓武，李军.长距离输水管道水锤防治措施的研究与应用[J].包钢科技，2011，37（3）：37-46.
[7]杨玉思，潘惠民，何青.供水系统中大型减压阀的作用分析[J].中国给水排水，2003，19（7）：82-83.
作者简介：
王秉钧（1988-），男，山东青岛人，助理工程师，主要研究方向为市政给排水。