长距离重力流输水管道水锤防护计算机模拟探究

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1、长距离重力流输水管道水锤防护计算机模拟探究　　【摘要】在工程设计中，合理地计算水击值，对保证工程的安全与正常运行、优化管道设计。长距离重力流输水管道水锤计算及防护方法探讨，结合具体工程实例计算分析。【关键词】长距离；管道；重力流；水锤【中图分类号】TU711【文献标识码】A【文章编号】1727-5123（2013）02-041-03【Abstract】nengineeringdesign，reasonablycalculatedvaluesofwaterhammer，tooptimizepipeline

2、designtoensurethesafetyandnormaloperation.Longdistancegravityflowaqueductwaterhammercalculationsandprotectionmethodsofcalculationandanalysis，combinedwithspecificexamplesofprojects.【Keywords】long-distance；pipeline；gravityflow；waterhammer1概述9南水北调配套工程是保障受水区

3、经济社会可持续发展的重大基础设施，是跨区域、跨流域对水资源进行优化配置的特大型工程。供水配套工程上接总干渠，下连城市水厂，担负着承上启下的输水任务，是南水北调工程在我省发挥效益的关键。南水北调工程在河南省内大部分采用管道输水方式。根据工程设计，输水管道最长约144km，管道直径均在DN800以上，最大为DN3000，管道设计流量最大为13.0m3/s。属于典型的大流量、长距离有压输水管道。由于输水流量和有压输水管长度比较大，在工程设计中，合理地计算水击值，对保证工程的安全与正常运行、优化管道设计、节省工

4、程投资等都有重要意义。2重力流水锤防护技术分析重力流水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时，由于压力水流的惯性，产生水流冲击波。重力输水管道开启水锤分析的重点是计算开启末端阀门可能产生的降压波，是否可能引起管道某些部位产生水柱中断，以及断流水锤升压的大小，是否可能引起爆管事故。9一般重力流系统管道的水锤防护采取下列措施：①长距离重力流输水工程的在有条件时应特别注重应用减压水池或减压阀对长距离管道进行分级[1]；重力流输水管径按充分利用作用水头选取，故在设计流量情况下运行无能量剩余，在流量低于设计流量下运行

5、时，水头损失减少，管路就有了富余能量，为此需要减压阀来减轻管路末端压力；②利用调压塔或超压泄压阀对可能发生突发高压保护；③利益恒速缓冲排气阀对可能发生的断流水锤进行防护，可降低管道正常工作压力，增加管道系统的安全系数；④控制末端阀关阀速度。重力管道充水的关键是控制充水速度和管道排气。管道末端阀门的开启，有利于释放意外超压，但过量放水也会增长充水时间，故末端阀门的开关和开启度应结合管路情况适时改变。3计算软件目前，国外的水锤分析软件主要有FLOWAST，SURNAL，BentleyHammer及PIPE2

6、010：Surge等；其中BentleyHammer是进入国内最早的水锤分析软件，是专门用于水利系统的水锤分析产品，本次水锤计算采用该软件进行计算模拟。4计算原理和边界条件4.1计算原理。本文水锤基本方程的理论基础是水流动的力学规律和连续原理，是水力过渡过程分析研究的基础。它包含以微分方程表示的运动方程和连续方程，反映了在水力过渡过程中不稳定水流流速和水头变化规律，具体数学表达式如下：运动方程：g+V++=0连续方程：+V+=0式中：H——测压管水头（m）；f，D——管路的摩阻系数和管直径（m）；V——

7、管内液体的流速（m3/s）；9x，t——水锤波沿管轴线传播的距离和时间；a——水锤波速（m/s）；根据牛顿第二定律和质量守恒定律，导出的水锤基本方程，均以偏微分方程形式，全面反映了有压管道中非恒定流动规律，为解决水锤计算问题提供基本理论公式。根据特征线计算法，可以得到如下两个常微分方程组：C+：++V=0（1-1）=a（1-2）C-：-+V=0（1-3）=-a（1-4）在上述两个方程组中的常微分方程（1-1）、（1-2）都有一个约束，即只有当（1-3）、（1-4）成立时，它们才能成立。如果将表达式在独立

8、坐标x，t平面上展开，可以看出：图1x-t平面上的特征线如图1所示，图中A、B两点代表地点x和时刻t已给定的两个点，它们的H和V值是已知的。通过A点的C+直线相当于式（1-2），沿着C+直线可以应用式（1-1）；通过B点的C-直线相当于式（1-4），沿着C-直线可以应用式（1-3）。联立式（1-1）和式（1-3），就可以解出AP和BP直线的交点P的参数Hp和Vp。其中，直线AP和BP称为特征线，而式（1-2）和式（1-4）称为相容性方程。9