水錘分析報(bào)告

1、長武縣城鄉(xiāng)水源改擴(kuò)建工程一級加壓段 水錘分析報(bào)告長武縣城鄉(xiāng)水源改擴(kuò)建工程一級加壓段水 錘 分 析 報(bào) 告 2011年04月目 錄一工程概況31.1 基本參數(shù)31.2 水錘波速和水錘相的計(jì)算31.3 建立水錘分析模型4二穩(wěn)態(tài)水力分析52.1 管段靜態(tài)參數(shù)52.2水泵穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)52.3 穩(wěn)態(tài)工況下的管段參數(shù)62.4 穩(wěn)態(tài)工況下的節(jié)點(diǎn)參數(shù)72.5穩(wěn)態(tài)水力坡度曲線8三停泵水錘分析83.1 不采取任何水錘防護(hù)措施停泵水錘分析83.1.1止回閥關(guān)閥方案83.2 安裝注氣微排閥后停泵水錘分析113.3 泵站水錘防護(hù)措施143.3.1 安裝水擊泄放閥的必要性143.3.2 水擊泄放閥的結(jié)構(gòu)及尺寸選擇15四空

2、氣閥設(shè)計(jì)方案204.1 微量排氣閥204.2 高速吸氣/排氣孔口214.3 吸氣口徑選擇224.4 特殊工況計(jì)算234.5 空氣閥安裝說明234.5空氣閥選型及安裝位置26五水錘防護(hù)設(shè)備清單2627長武縣城鄉(xiāng)水源改擴(kuò)建工程一級加壓段水錘分析報(bào)告一工程概況1.1 基本參數(shù)長武縣城鄉(xiāng)水源改擴(kuò)建工程一級加壓段設(shè)計(jì)供水流量q=466.7m3/h=129.64l/s。一級泵站內(nèi)安裝4臺(tái)dfd155-30-7型離心泵，3用一備，單泵額定流量q額=172m3/h=48l/s，額定揚(yáng)程h額=225m，額定轉(zhuǎn)速1480r/min，功率160kw，水泵和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量226kg·m2。取水泵房進(jìn)水池池底

3、標(biāo)高916.7m，設(shè)計(jì)水位標(biāo)高921.5m，假設(shè)末端出水池池底標(biāo)高1125.3m，設(shè)計(jì)水位標(biāo)高1126.5m。吸水母管為dn300，水泵進(jìn)水管為dn150，水泵出水管為dn150，管材為鋼管，泵站內(nèi)各水泵支管出口止回閥口徑dn150，假設(shè)其流量系數(shù)kv值387m3/h。輸水管線總長971m，輸水主管管材采用鋼管，外徑377mm，內(nèi)徑359mm，壁厚9mm，假設(shè)其海森威廉系數(shù)為120。輸水主管末端出水池進(jìn)水管沒有設(shè)流量調(diào)節(jié)閥直接敞開進(jìn)水，沿線各個(gè)管道隨意假設(shè)了一定的局部水頭損失系數(shù)，此時(shí)，水泵實(shí)際工況點(diǎn)流量49.22l/s，揚(yáng)程218.0m，比較接近水泵的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。突然斷電停泵時(shí)，設(shè)定止回閥關(guān)

4、閉規(guī)律為：3秒快速關(guān)閉95%，10秒緩慢關(guān)閉5%。1.2 水錘波速和水錘相的計(jì)算水的彈性模量k21.9×108n/m2；水的質(zhì)量密度=998kg/m3；泊松比0.28；鋼管的楊氏模量e20.5×1010n/m2；鋼管的水錘波速計(jì)算如下：鋼管dn350，外徑d377mm，壁厚e9mm，水錘波速為：a1240m/s。假設(shè)水錘波從末端出水池處（位于輸水主管971m處）反射回泵站進(jìn)水池，故水錘相：2l/a2×971/12401.6s。但實(shí)際上，因?yàn)槭芤韵露€(gè)因素影響，可能導(dǎo)致水錘相和波速偏差：1）水錘波可能從中途某個(gè)局部突出節(jié)點(diǎn)處就反射回來，故水錘相有待核準(zhǔn)，此處僅供參考

5、。2）水中空氣對水錘波速的影響非常大，如果排氣不干凈，水錘波速可能離計(jì)算值相差很遠(yuǎn)。故水錘相只是個(gè)參考值。1.3 建立水錘分析模型建立水錘分析數(shù)學(xué)模型及輸水管線斷面圖，如下圖所示：二穩(wěn)態(tài)水力分析2.1 管段靜態(tài)參數(shù) p i p e node names length diameter roughness minor n a m e #1 #2 (m) (mm) coeff. loss coeff.管段名稱 起始節(jié)點(diǎn) 終止節(jié)點(diǎn) 長度 管 徑 海曾威廉系數(shù) 局部阻力系數(shù) p-1 0+007.00 0+163.00 156.00 350.00 120.0000 3.22 p-2 0+163.00 0

6、+200.33 37.00 350.00 120.0000 1.49 p-3 0+200.33 0+213.00 13.00 350.00 120.0000 1.32 p-4 0+213.00 0+223.10 10.00 350.00 120.0000 1.09 p-5 0+223.10 0+265.00 42.00 350.00 120.0000 2.24 p-6 0+265.00 0+348.68 84.00 350.00 120.0000 2.99 p-7 0+348.68 0+514.55 166.00 350.00 120.0000 2.64 p-8 0+514.55 0+633.

7、74 119.00 350.00 120.0000 2.24 p-9 0+633.74 0+657.60 24.00 350.00 120.0000 1.49 p-10 0+657.60 0+791.00 133.00 350.00 120.0000 1.89 p-11 0+791.00 0+932.00 141.00 350.00 120.0000 2.64 p-12 0+932.00 r-2 5.00 350.00 120.0000 0.00 p-0 r-1 j-3 7.00 300.00 120.0000 0.00 p-1a j-1 i-pump-1 6.00 150.00 120.00

8、00 0.00 p-1b o-pump-1 i-av-1 1.00 150.00 120.0000 0.00 p-1c o-av-1 j-5 6.00 150.00 120.0000 0.00 p-2-1 j-2 j-1 2.00 300.00 120.0000 0.00 p-2a j-2 i-pump-2 6.00 150.00 120.0000 0.00 p-2b o-pump-2 i-av-2 1.00 150.00 120.0000 0.00 p-2c o-av-2 j-6 6.00 150.00 120.0000 0.34 p-3-2 j-3 j-2 1.00 300.00 120.

9、0000 0.00 p-3-4 j-3 j-4 1.00 300.00 110.0000 0.00 p-3a j-4 i-pump-3 6.00 150.00 120.0000 0.00 p-3b o-pump-3 i-av-3 1.00 150.00 120.0000 0.00 p-3c o-av-3 j-8 6.00 150.00 120.0000 0.34 p-5-6 j-5 j-6 2.00 150.00 120.0000 0.00 p-6-7 j-6 j-7 1.00 300.00 120.0000 0.00 p-7-0 j-7 0+007.00 1.00 300.00 120.00

10、00 0.00 p-8-7 j-8 j-7 1.00 300.00 120.0000 0.002.2水泵穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)1）水泵設(shè)計(jì)工況點(diǎn) there is a device at node pump-1 described by the following data: (id= 1) head flowrate efficiency (m) (l/s) (%) 290.25 0.00 80.00 283.50 19.20 80.00 261.00 33.60 80.00 225.00 48.00 80.00 159.75 62.40 80.002）水泵實(shí)際工況點(diǎn) p u m p/l o s s

11、e l e m e n t r e s u l t: inlet outlet pump effic- useful incremtl total #pumps #pumps npsh name flowrate head head head ency power cost cost parallel series avail. (l/s) (m) (m) (m) (%) (kw) ($) ($) (m) -pump-1 43.21 1.97 219.96 218.0 75.00 0. 0.0 0.0 * * 11.7pump-2 43.21 1.98 219.98 218.0 75.00 0

12、. 0.0 0.0 * * 11.7pump-3 43.21 1.98 219.98 218.0 75.00 0. 0.0 0.0 * * 11.72.3 穩(wěn)態(tài)工況下的管段參數(shù) status code: xx -closed pipe cv -check valve p i p e node numbers flow head minor line hl+ml/ hl/n a m e #1 #2 loss loss velo. 1000 1000 (l/s) (m) (m) (m/s) (m/m) (m/m) 管段編號 節(jié)點(diǎn)1 節(jié)點(diǎn)2 流量 沿程損失 局部損失 流速 水力坡度12 p-1 0+

13、007.00 0+163.00 129.64 1.16 0.40 1.55 9.95 7.41 p-2 0+163.00 0+200.33 129.64 0.27 0.18 1.55 12.37 7.41 p-3 0+200.33 0+213.00 129.64 0.10 0.16 1.55 19.91 7.41 p-4 0+213.00 0+223.10 129.64 0.07 0.13 1.55 20.82 7.41 p-5 0+223.10 0+265.00 129.64 0.31 0.28 1.55 13.98 7.41 p-6 0+265.00 0+348.68 129.64 0.6

14、2 0.37 1.55 11.79 7.41 p-7 0+348.68 0+514.55 129.64 1.23 0.32 1.55 9.37 7.41 p-8 0+514.55 0+633.74 129.64 0.88 0.28 1.55 9.73 7.41 p-9 0+633.74 0+657.60 129.64 0.18 0.18 1.55 15.05 7.41 p-10 0+657.60 0+791.00 129.64 0.99 0.23 1.55 9.16 7.41 p-11 0+791.00 0+932.00 129.64 1.05 0.32 1.55 9.72 7.41 p-12

15、 0+932.00 r-2 129.64 0.04 0.00 1.55 7.41 7.41 p-0 r-1 j-3 129.64 0.11 0.00 2.11 15.70 15.70 p-1a j-1 i-pump-1 43.21 0.36 0.00 2.82 60.04 60.04 p-1b o-pump-1 i-av-1 43.21 0.06 0.00 2.82 60.04 60.04 p-1c o-av-1 j-5 43.21 0.36 0.00 2.82 60.04 60.04 p-2-1 j-2 j-1 43.21 0.00 0.00 0.70 2.05 2.05 p-2a j-2

16、i-pump-2 43.21 0.36 0.00 2.82 60.03 60.03 p-2b o-pump-2 i-av-2 43.21 0.06 0.00 2.82 60.03 60.03 p-2c o-av-2 j-6 43.21 0.36 0.14 2.82 82.99 60.03 p-3-2 j-3 j-2 86.42 0.01 0.00 1.41 7.41 7.41 p-3-4 j-3 j-4 43.21 0.00 0.00 0.70 2.41 2.41 p-3a j-4 i-pump-3 43.21 0.36 0.00 2.82 60.04 60.04 p-3b o-pump-3

17、i-av-3 43.21 0.06 0.00 2.82 60.04 60.04 p-3c o-av-3 j-8 43.21 0.36 0.14 2.82 83.00 60.04 p-5-6 j-5 j-6 43.21 0.12 0.00 2.82 60.04 60.04 p-6-7 j-6 j-7 86.42 0.01 0.00 1.41 7.41 7.41 p-7-0 j-7 0+007.00 129.64 0.02 0.00 2.11 15.70 15.70 p-8-7 j-8 j-7 43.21 0.00 0.00 0.70 2.05 2.05 av-1止回閥1 i-av-1 o-av-

18、1 43.21 0.00 2.19 0.01* 0.00 av-2止回閥2 i-av-2 o-av-2 43.21 0.00 2.19 0.01* 0.00 av-3止回閥3 i-av-3 o-av-3 43.21 0.00 2.19 0.01* 0.00由上表可知，在沿線管道上任意假設(shè)了一定的局部水頭損失，末端出水池進(jìn)水管直接敞開進(jìn)水，此時(shí)輸水主管穩(wěn)態(tài)輸水流量為129.64l/s，輸水主管供水流速1.55m/s，水泵實(shí)際工況點(diǎn)為流量43.21l/s，揚(yáng)程218m。此處，止回閥av-1口徑為dn150，假設(shè)其kv值387m3/h，其局部水頭損失2.19m。另外，鋼管的海森威廉系數(shù)cw=120，

19、會(huì)在使用多年以后變小為11090，將增大輸水管路系統(tǒng)的沿程水頭損失，值得注意！2.4 穩(wěn)態(tài)工況下的節(jié)點(diǎn)參數(shù) node node external hydraulic node pressure node name title demand grade elevation head pressure (l/s) (m) (m) (m) (kpa) 節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)流量 水力坡度線 節(jié)點(diǎn)高程 凈水頭 節(jié)點(diǎn)壓力 0+007.00 0.00 1136.25 918.42 217.83 2136.24 0+163.00 0.00 1134.70 923.10 211.60 2075.12 0+200.33 0

20、.00 1134.24 958.55 175.69 1722.98 0+213.00 0.00 1133.99 963.88 170.11 1668.17 0+223.10 0.00 1133.78 974.80 158.98 1559.04 0+265.00 0.00 1133.19 993.67 139.52 1368.23 0+348.68 0.00 1132.20 996.21 135.99 1333.61 0+514.55 0.00 1130.64 1034.80 95.84 939.92 0+633.74 0.00 1129.49 1088.52 40.97 401.75 0+65

21、7.60 0.00 1129.13 1089.25 39.88 391.05 0+791.00 0.00 1127.91 1119.75 8.16 79.99 0+932.00 0.00 1126.54 1125.32 1.22 11.94 o-av-1 0.00 1136.76 918.90 217.86 2136.47 o-av-2 0.00 1136.78 918.90 217.88 2136.64 o-av-3 0.00 1136.77 918.90 217.87 2136.59 j-1 0.00 921.38 919.04 2.33 22.89 j-2 0.00 921.38 919

22、.04 2.34 22.93 j-3 0.00 921.39 919.04 2.35 23.00 j-4 0.00 921.39 919.04 2.34 22.97 j-5 0.00 1136.40 918.90 217.50 2132.94 j-6 0.00 1136.28 918.90 217.38 2131.76 j-7 0.00 1136.27 918.90 217.37 2131.68 j-8 0.00 1136.27 918.90 217.37 2131.70 o-pump-1 0.00 1139.01 919.04 219.96 2157.12 o-pump-2 0.00 113

23、9.03 919.04 219.98 2157.29 o-pump-3 0.00 1139.02 919.04 219.98 2157.24 r-1 - 921.50 916.70 4.80 47.07 r-2 - 1126.50 1125.30 1.20 11.77 i-pump-1 0.00 921.02 919.04 1.97 19.35 i-av-1 0.00 1138.95 918.90 220.05 2157.96 i-pump-2 0.00 921.02 919.04 1.98 19.39 i-av-2 0.00 1138.97 918.90 220.07 2158.13 i-p

24、ump-3 0.00 921.03 919.04 1.98 19.44 i-av-3 0.00 1138.96 918.90 220.06 2158.082.5穩(wěn)態(tài)水力坡度曲線三停泵水錘分析3.1 不采取任何水錘防護(hù)措施停泵水錘分析3.1.1止回閥關(guān)閥方案輸水主管系統(tǒng)沿線沒有采取任何水錘防護(hù)措施(水錘防護(hù)措施是指后保護(hù)設(shè)備，水泵下游出口止回閥不屬于后保護(hù)設(shè)備)，水泵和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量226kg·m2，止回閥的流量與開度成線性關(guān)系。突然斷電停泵，分別模擬了多組關(guān)閥方案下引起供水管道系統(tǒng)各管段節(jié)點(diǎn)水錘壓力、管段流量及水泵倒流量、倒轉(zhuǎn)速等各水錘參數(shù)的變化情況，最后通過綜合比較確定止回閥的最優(yōu)

25、關(guān)閉規(guī)律為：3秒快閉95%，然后10秒緩閉5%，在這種情況下，突然斷電停泵水錘模擬分析如下：由以上圖表可知，輸水主管系統(tǒng)沿線沒有采取任何水錘防護(hù)措施，突然斷電停泵，止回閥關(guān)閉規(guī)律為：3秒快閉95%，然后10秒緩閉5%，輸水主管沿線發(fā)生很大的水錘升壓，并且沿線中下游管線各管道節(jié)點(diǎn)均有可能出現(xiàn)負(fù)壓拉空。止回閥節(jié)點(diǎn)最大水擊壓力為437.3m6.9s，水泵沒有發(fā)生輕微倒轉(zhuǎn)及輕微倒流，最大倒轉(zhuǎn)量為-790rpm，最大倒流量約為-29.0l/s2.7s，倒流歷時(shí)約11s；中下游輸水管道局部高點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重的“斷流空腔彌合水錘”，引起破壞性的彌合水錘升壓，說明必須安裝能防止負(fù)壓和斷流空腔彌合水錘的“注氣微排閥”

26、。3.2 安裝注氣微排閥后停泵水錘分析 在事故斷電的長距離輸水管線的水力瞬變過程中，需要防止某些部位因水壓降低到大氣壓（負(fù)壓）以下發(fā)生液體汽化、或者液柱分離現(xiàn)象，以及隨后水壓上升液體重新聚合產(chǎn)生巨大的沖擊高壓。在長距離輸水管線上的這些部位，必須設(shè)置能防止“斷流空腔彌合水錘”的特效空氣閥（代替通常的調(diào)壓塔）。其特點(diǎn)是防止負(fù)壓需要吸進(jìn)大量空氣，而防止分離液體重新聚合形成沖擊高壓又必須緩慢排氣?！白馕⑴砰y”（見右上圖照片）對負(fù)壓敏感，很小負(fù)壓時(shí)就開啟，能有效破壞由于水柱分離形成的真空，微量排氣能力合適，不高速排氣；水柱彌合時(shí)所吸進(jìn)的氣體被截留在管內(nèi)，相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)置的氣囊式水錘吸納器（如歐洲的氣壓罐

27、-bladder surge tank），能有效地降低空腔彌合潰滅水錘，專用于消除斷流彌合水錘。高速吸排氣閥（見右邊照片）采用空氣動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)，出口尺寸等同于入口尺寸，并且，在任何速度下的氣流，哪怕是極限流速（聲速）下的氣流，都可以順利排出而不會(huì)發(fā)生浮球被吹出從而提前關(guān)閉排氣閥，故能自動(dòng)排除管路或容器系統(tǒng)在充水時(shí)的大量氣體；在管路放空或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)能吸氣破壞真空，但對于產(chǎn)生“斷流空腔彌合水錘”處安裝的注氣微排閥與高速吸排氣閥的組合，此時(shí)高速吸排氣閥必須關(guān)閉，防止閥內(nèi)的空氣被高速排放出來，以便把截留的空氣作為彈性接收體吸納水錘升壓產(chǎn)生的能量，從而降低管路系統(tǒng)的水錘壓力，保護(hù)管路的正常運(yùn)行。所以該

28、高速吸排氣閥第一次充水完成后必須人工關(guān)閉退出高速排氣功能。我們的工程經(jīng)驗(yàn)是，在有壓運(yùn)行中排除逸出的微量氣體時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用小孔口微量排氣閥；而在充水和泄空時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用大孔口低壓進(jìn)氣/排氣閥，或選用附帶有小孔口微量排氣閥的復(fù)合式空氣閥。因?yàn)檫@種閥既可以在低壓下大量排(進(jìn))氣，也可以在有壓運(yùn)行中排除少量氣體。當(dāng)需要防止“斷流空腔彌合水錘”時(shí)，空氣閥必須具備在低壓負(fù)壓下大量吸氣但不允許（在低壓正壓下）高速排氣的特點(diǎn)，此時(shí)必須安裝“注氣微排閥”。在輸水主管沿線局部高點(diǎn)處安裝“注氣微排閥”及平緩節(jié)點(diǎn)安裝復(fù)合式排氣閥后，突然斷電停泵，止回閥關(guān)閉規(guī)律為：3秒快閉95%，然后10秒緩閉5%，在此種情況下，突然斷電

29、停泵水錘模擬分析如下：從這里可以看出，沿線局部高點(diǎn)0+791.00的注氣微排閥由于管段負(fù)壓產(chǎn)生真空時(shí)從外界吸入大量空氣，防止管段出現(xiàn)“斷流空腔彌合水錘”的水錘危害。局部高點(diǎn)0+791.00處的注氣微排閥從剛開始出現(xiàn)真空至6.8秒的時(shí)刻吸氣量最大，最大吸氣量約為0.44m3，則相當(dāng)于dn350的管道在局部高點(diǎn)0+791.00附近拉空l=0.44/(0.7854*0.35 2)=4.57m的斷流空腔。由以上圖表可知，在輸水主管沿線局部高點(diǎn)處安裝“注氣微排閥”及平緩節(jié)點(diǎn)安裝復(fù)合式排氣閥后，突然斷電停泵，止回閥關(guān)閉規(guī)律為：3秒快閉95%，然后10秒緩閉5%，輸水主管局部高點(diǎn)處的“斷流空腔彌合水錘”已經(jīng)

30、被完全消除了，沿線管道也沒有出現(xiàn)負(fù)壓。止回閥的節(jié)點(diǎn)最大水擊壓力為371.3m4.5s，水泵發(fā)生輕微倒轉(zhuǎn)和倒流，最大倒轉(zhuǎn)量-800rpm，最大倒流量約29.6l/s2.7s，倒流歷時(shí)約11s。但是沿線管道仍有很大的水擊壓力，必須在泵站內(nèi)采取正壓水錘防護(hù)措施，保護(hù)水泵和管線的安全。3.3 泵站水錘防護(hù)措施3.3.1 安裝水擊泄放閥的必要性泵后控制止回閥是一種機(jī)械設(shè)備，在日久失修后可能會(huì)失靈或者拒絕按要求動(dòng)作，所以其可靠性不能說達(dá)到100%！此外，人為的誤操作也可能難以避免，這些都可能導(dǎo)致水錘預(yù)防失效。應(yīng)該說，泵站及管線輸水系統(tǒng)總是存在著水錘破壞的潛在威脅。為了提高輸水系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠程度，減小水

31、錘危害，降低維護(hù)成本，并遵照室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范gb50015-2006的要求，輸水泵站應(yīng)安裝能消除正壓水錘危害的水擊泄放閥（如右上圖）。作為一種后保護(hù)裝置，當(dāng)水錘預(yù)防措施失效而發(fā)生水錘升壓時(shí)，水擊泄放閥能夠迅速地響應(yīng)水錘壓力泄除多余的高壓，從而將泵站及附近管段的水錘破壞降低到最低限度，到水錘壓力降低到設(shè)定壓力值后，水擊泄放閥具有緩慢關(guān)閉的功能，能防止由于自身關(guān)閥過快可能產(chǎn)生的二次水錘。輸水系統(tǒng)為短距離輸水工程，管道敷設(shè)地形變化坡度比較大，這是一類沿程阻力hf遠(yuǎn)小于凈高差h的管線工程-低摩阻管線，只要沿線采取了比較完善的水錘防護(hù)措施后，各級泵站處就不會(huì)發(fā)生破壞性的水錘壓力，由于泵站上游管道出現(xiàn)比較

32、嚴(yán)重的水錘升壓，有可能引發(fā)一系列的破壞性的水錘危害，我們建議在泵站dn300的匯水母管處設(shè)置1臺(tái)ga ea-5001-u型dn80的水擊預(yù)防閥（kv值159m3/h，0.5s快開，約1520s緩慢關(guān)閉主閥，防止水擊泄放閥自身的關(guān)閥水錘）和1臺(tái)ga fig-6600-u型dn80的水擊泄放閥（kv值159m3/h，0.5s快開，約1520s緩慢關(guān)閉主閥，防止水擊泄放閥自身的關(guān)閥水錘），水擊預(yù)防閥低壓泄水壓力設(shè)定值psetl等于0.40.6倍的水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程，取值為90m，高壓開啟泄水壓力設(shè)定值pseth等于1.051.1倍的水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程，取值為230m。水擊泄放閥高壓開啟泄水壓力設(shè)定值pseth等

33、于1.051.1倍的水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程，取值為232m。使得水錘壓力反射到泵站之前提前開啟泄水，保護(hù)泵站的安全可靠運(yùn)行，從而確保輸水系統(tǒng)的安全運(yùn)行要求。3.3.2 水擊泄放閥的結(jié)構(gòu)及尺寸選擇ga水擊泄放閥是一種獨(dú)特的具有v型開口的、差動(dòng)活塞驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)水力控制閥門，它使用管道壓力作為閥門的工作推動(dòng)力，堅(jiān)固可靠。長行程的v形開口使得主閥活塞在全流量范圍內(nèi)都具有近似線性調(diào)節(jié)特性，尤其是發(fā)生輕微水擊而泄流量很少時(shí)，閥瓣只需開啟一小點(diǎn)即可，從而避免活塞出現(xiàn)“獵振-頻跳”的現(xiàn)象。水擊泄放閥通常并不需要排泄全部的水泵出水量，僅僅只要排泄其中的一部分，使系統(tǒng)的壓力升高控制在可承受的范圍內(nèi)就可以了。因此，水擊泄放閥

34、通常比其相連的管道管徑小幾號。通常地，一個(gè)大尺寸水擊閥可用2個(gè)稍小口徑的水擊閥替代，只要他們的閥口面積之和大于等于大閥即可。而且，二個(gè)高壓設(shè)定壓力還可錯(cuò)開漸升設(shè)置，使整個(gè)系統(tǒng)的控制更加靈活，適應(yīng)性更強(qiáng)，泄水量更小，對系統(tǒng)的擾動(dòng)也越少。水擊泄放閥僅僅在有必要泄水以控制壓力升高時(shí)才盡可能快地開啟，在水擊泄放閥選型時(shí)，應(yīng)該選擇最合適的尺寸。因?yàn)槿绻栊顾啃∮谒淖畲笮沽髂芰Γy門只需開啟一部分即可。右上圖為ga水擊泄放閥的尺寸選擇通用表格，簡易快速的初步選型表。在輸水管道系統(tǒng)沿線安裝了注氣微排閥作為沿線消除負(fù)壓水錘的重要防護(hù)措施時(shí)，原來輸水主管全線各節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的“斷流空腔彌合水錘”所帶來的危害已經(jīng)

35、被消除了，但是沿線各節(jié)點(diǎn)的水錘升壓仍比較高，問題僅僅解決了一半。這是止回閥按最優(yōu)關(guān)閥規(guī)律操作下和沿線安裝了“注氣微排閥”后的理想狀態(tài)，如果考慮止回閥操作失誤的可能性，則對系統(tǒng)的安全送水仍然存在極大潛在威脅。我們再在dn300的匯水母管處設(shè)置一臺(tái)dn80 ga ea-5001-u型的水擊預(yù)防閥和一臺(tái)dn80 ga fig.6600-u 型水擊泄放閥后，突然斷電停泵，止回閥關(guān)閉規(guī)律為：3秒快閉95%，然后10秒緩閉5%，在此情況下，突然斷電停泵水錘模擬分析如下：從這里可以看出，沿線局部高點(diǎn)0+791.00的注氣微排閥由于管段負(fù)壓產(chǎn)生真空時(shí)從外界吸入大量空氣，防止管段出現(xiàn)“斷流空腔彌合水錘”的水錘危

36、害。局部高點(diǎn)0+791.00處的注氣微排閥從剛開始出現(xiàn)真空至9.8秒的時(shí)刻吸氣量最大，最大吸氣量約為1.32m3，則相當(dāng)于dn350的管道在局部高點(diǎn)0+791.00附近拉空l=1.32/(0.7854*0.35 2)=13.7m的斷流空腔。由上述分析計(jì)算可知，在輸水管道系統(tǒng)沿線安裝了足夠的空氣閥作為沿線消除負(fù)壓水錘的重要防護(hù)措施，并在dn300的匯水母管安裝一臺(tái)dn80 ga ea-5001-u型的水擊預(yù)防閥和一臺(tái)dn80 ga fig.6600-u 型水擊泄放閥后，突然斷電停泵，止回閥關(guān)閉規(guī)律為：3秒快閉95%，然后10秒緩閉5%，輸水管道系統(tǒng)沿線各節(jié)點(diǎn)水錘升壓被進(jìn)一步削弱到安全供水壓力范圍

37、以內(nèi)，全線沒有出現(xiàn)負(fù)壓水錘和“斷流空腔彌合水錘”，水錘升壓被進(jìn)一步削弱了，止回閥最大水擊壓力234.3m5.7s，水泵發(fā)生輕微倒轉(zhuǎn)和倒流，最大倒轉(zhuǎn)量-600rpm，最大倒流量約18.5l/s3.8s，倒流歷時(shí)約10s。輸水管道系統(tǒng)的最大水擊壓力被限制在水擊泄放閥設(shè)定壓力230+5m波動(dòng)壓力以下，沿線供水管段的水錘升壓被限制在安全壓力范圍內(nèi)，保護(hù)水泵和管網(wǎng)的輸水的安全可靠，達(dá)到了水錘防護(hù)的預(yù)期效果。四空氣閥設(shè)計(jì)方案4.1 微量排氣閥水柱沿管路運(yùn)動(dòng)的過程中，因地形高程和外界氣候的變化，其壓力和溫度都不斷發(fā)生變化，在某些接近水力坡線的局部最高點(diǎn)，水中溶解空氣很容易逸出來，如果不及時(shí)排掉，就容易積聚成

38、氣囊，堵塞管道，增加管路阻力，使水頭損失增大。一般清潔水系統(tǒng)中溶解空氣逸出的含量為系統(tǒng)水流量的2%左右，即管道所需排氣量。圖5-2 水中溶解空氣的最大含量曲線對于dn350的輸水管道所需排氣量q=149.5l/s×2%=2.99l/s；查ga微量排氣閥選型表和選型曲線如下：（表內(nèi)排氣量單位是l/s）對于dn350的輸水管道，輸水流量約為129.64l/s（2283gpm），當(dāng)沿線安裝空氣閥節(jié)點(diǎn)處的工作壓力高于40m（58psi），查微量排氣閥選型曲線圖可知，選擇dn25 ga標(biāo)準(zhǔn)型的 fig.910型，pn16螺紋接口，微量排氣標(biāo)準(zhǔn)孔口直徑1/16”1.6mm；當(dāng)沿線安裝空氣閥節(jié)點(diǎn)處

39、的工作壓力低于40m（58psi），查微量排氣閥選型曲線圖可知，選擇dn25 ga標(biāo)準(zhǔn)型的 fig.910型，pn10螺紋接口，微量排氣標(biāo)準(zhǔn)孔口直徑3/32”2.4mm。4.2 高速吸氣/排氣孔口當(dāng)管道初次充水時(shí)，原先占滿管路的空氣必須在水流前方被排除出去，這種排氣速度必須是可以控制和有效的，以便將水擊和浪涌限制在最低程度，讓液流完全充滿管道而沒有空氣滯留；當(dāng)管道排水放空或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，必須吸入空氣，破壞真空，保護(hù)管道不被負(fù)壓破壞。在管路某些關(guān)鍵點(diǎn)上安裝高速吸氣/排氣閥，在管道充水時(shí)可以高速排氣，在管道排水放空或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)可以吸入空氣，破壞真空。根據(jù)美國awwa-m51水廠用排氣閥應(yīng)用指南建議，

40、管道充水流速應(yīng)小于1英尺/秒（0.3048m/s），則各輸水管道所需排氣量為：dn350的輸水管道所需排氣量q=3.14×0.175×0.175×0.3048×1000=29.3l/s。假設(shè)允許孔口壓差為2psi=13.8kpa，查ga空氣閥選型資料-高速排氣量表格(其排氣量單位為l/s)，選擇dn25 ga fig.930型（dn25孔口已經(jīng)可以應(yīng)付排氣要求-最大46.1l/s）。但是，在某些節(jié)點(diǎn)，當(dāng)dn25的高速排氣閥與注氣微排閥一起配套安裝（用于防止彌合水錘）時(shí)，在管線第一次充水完成后需要人為關(guān)閉這個(gè)高速排氣閥，退出高速排氣功能，防止削弱注氣微排閥的抑制負(fù)壓水錘功能。高速吸氣孔口口徑計(jì)算，見7.3條。4.3 吸氣口徑選擇 當(dāng)出現(xiàn)爆管泄水或者水柱分離，管道沿著坡度重力自流時(shí)，需要高速吸氣。參考美國awwa-m51水廠用排氣閥應(yīng)用指南建議確定所需要的空氣吸入量：等同于排水流量或當(dāng)管路爆裂時(shí)由重力引起的泄水流量，這種由重力流引起