某输水管线水力简析

摘要

某输水管线长度达70余公里，管径主要有DN1600mm、DN1400mm两种规格，管线长，后60公里沿程高差起伏极大，多处为驼峰结构。水力瞬变时极易出现断流弥合水锤。此水力析主要分析后60km重力流输水的水力条件，通过给定初始条件，采用数值模拟方法求解流体连续性和运动方程组，以求得管道系统定断面不同时刻的水力要素，分析重点在于考虑到同类但不同设计原理的水力控制阀的水力特性不同，造成管道升压高低不同.根据分析结果对管线水锤防护做出建议。

关键词：管道系统 管线 缓闭蝶阀 波速 水力分析

输水管线主要水力分析资料

2．1管线高程图

2．2管线基本资料

设计流量：16.5×104m3/d

管径：桩号点3+1668之前DN1600mm，之后为DN1400mm，管材主要为PCCP-E管，部份管段使用玻璃钢管。管网末端安装套筒调流阀进行流量调节。并在管网末端安装缓闭蝶阀进行水力控制。

3 缓闭蝶阀

泵进出口缓闭蝶阀考虑，全开时阻力系数K=0.3，不同开度系数如下表

2.4波速

根据计算，波速采用900m/s；

水力分析

3．1稳态流水力分析

稳态时流量约为1.95m3/s,此时，管线末端有约7m富余水头。末端总水头为151m，当流量大于2.1 m3/s时，因管线装有注排气阀，桩号点65255处背坡处部份管段将会出现半管流。将不利于管线安全运行。此工况也达到最大输水流量。

3．2非稳定流分析

当需要对管线进行关阀时，关阀工况分析如下：

3．2．1 快关90秒，关至30度，慢关时间270秒

当管线采用浮球式排气阀或复合式排气阀管线压力曲线如下图所示：

水锤计算表明，突然停泵后管道末端出现约16处断流，在断流弥合过程中，浮球式排气阀无恒速缓冲排气功能，故其水锤防护效果不佳，管道最大内压达600m水柱，且多处内压达150～180m水柱，管道安全无保证。

3．2．2快关120秒，关至40度(关阀度数为50度)，慢关时间270秒

由上图可知，管线末端处的断流弥合水锤升压并没有明显变化。

3. 2. 3快关90秒，关至300，慢关时间270秒，当管道线采用带有恒速缓冲排气功能的气缸式排气阀时，管线压力曲线如下：

由上图可知，管线内压低于100m满足管线安全要求。

小结

管线主要特点为管线高差极大。采用气缸式全压高速排气阀后，可满足管线安全的需要。

当采用快关120s ，关至对应角度为40度，慢关480秒的方案，管线最高升压约为90m。

本管线属于高差起伏较大管线，对排气阀的要求较高，若采用浮球式排气阀，当断流弥合时，一旦出现气阻，压力升高很大。

此外，所有浮球式，包括国外进口的复合式，组合式排气阀都不具有在管道水气相间条件下连续大量排气的功能，故排气不净，有可能使管道在停泵甚至运行时发生“气堵”，出现更严重的断流水锤，假定，快关采用120s方案时，仅在6+5627m处（高点）关阀810秒后出现气阻。压力曲线如图：

由图可见，末端某点一旦发生气阻，引起的升压可在管线内其它地方引起引升，不仅气阻点压力升高极大，在另一点也有可能引发极高升压。所以排气阀的选择在管网安全运行中所起的因素极大。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。