1、节能长距离输水管道水锤防护技术措施长距离输水管道水锤防护技术措施20242024-5 5-17 17 广州广州长安大学 王 彤管网运维论坛管网运维论坛20242024给水大会给水大会长距离输水工程概述第一章水力过渡计算模型目录Contents第二章第三章长安大学水锤防护科研进展第四章第五章最优防护技术措施长输管道水锤常用防护技术措施1、长距离输水工程概述、长距离输水工程概述1.1 长距离输水工程项目发展较快的原因长距离输水工程项目发展较快的原因 国家南水北调国家南水北调省级调省级调水水生态补水生态补水 城市供水城市供水城市附近地表水源污染城市附近地表水源污染地下水超采、水位地下水超采、水位下降
2、下降保护涵养地下水保护涵养地下水南水北调工程1.2 长距离输长距离输水的主要方式水的主要方式明渠或天然河道、隧道，大型引调水，明渠或天然河道、隧道，大型引调水，如南水北调如南水北调、陕西引、陕西引汉济汉济渭、安徽引江济淮渭、安徽引江济淮暗渠暗渠（如西安黑河引水）（如西安黑河引水）压力管道（主要输水方式）压力管道（主要输水方式）1.3 长距离压力输水管道工程技术要点长距离压力输水管道工程技术要点 优化设计优化设计 管道安全技术管道安全技术 管道排气技术管道排气技术长安大学金锥教授专著长安大学金锥教授专著20042004年年11 11月第二版月第二版19931993年年2 2月第一版月第一版程技术
3、规程程技术规程主要起草人：长安大学杨玉思教授（排名主要起草人：长安大学杨玉思教授（排名1 1）2、水、水力过渡计算模型力过渡计算模型水锤基本微分方程式的推导水锤基本微分方程按弹性水柱水锤基本微分方程按弹性水柱理论用理论用运动方程式运动方程式和和连续方程式连续方程式表示：表示：连续方程式连续方程式：+(+)+2=0运动方程式运动方程式：+1+2=0H管路中B点的水头(m);f管路摩阻系数;V管内流速(m/s),其正方向为流向阀门管路与水平面间夹角;a水锤波传播速度(m/s);x位置坐标，其正方向为指向阀门。牛顿第二定律牛顿第二定律质量守恒定律质量守恒定律运动方程102V VHVVVfxgtgxD
4、g2sin0HHVVtxgx连续方程特征线方程：02dHa dVafV Vdtg dtgDCdxadt02dHa dVafV Vdtg dtgdCdxadt 水力过渡方程水力过渡方程有限差分方程式简化的特征线方程位置-时刻坐标图水锤计算目标：水锤计算目标：1.在停泵水锤的暂态过程中在停泵水锤的暂态过程中，泵站及管路中流量泵站及管路中流量Q Q，水头水头H H，机组机组转速转速N N及轴及轴上转矩上转矩M M等基本参数随时间等基本参数随时间t t而变化的规律以及它们的极值而变化的规律以及它们的极值。2 2.在输水管路中开始产生水柱分离的地点和时刻在输水管路中开始产生水柱分离的地点和时刻、断流空间
5、断流空间（大空腔大空腔）的的大小大小、两分离水柱相互碰撞的时刻两分离水柱相互碰撞的时刻以及弥合以及弥合水锤的升压值水锤的升压值。3 3.停停泵水锤危害泵水锤危害预测以及预测以及可能采用可能采用的防护的防护措施及技术经济效果措施及技术经济效果。4 4.停停泵水锤泵水锤暂态下暂态下，对水泵机组及管路等主要设备的机械强度校核与评价对水泵机组及管路等主要设备的机械强度校核与评价。5 5.找出经济合理的水锤防护措施找出经济合理的水锤防护措施，以保证泵站以保证泵站，管道运行安全管道运行安全。2.1 2.1 常见两种水力计算模型常见两种水力计算模型2.1.1 虽然发生水柱中断现象，均按虽然发生水柱中断现象，
6、均按不断流不断流水锤计算，即水锤计算，即无断流水锤无断流水锤计算数学模型计算数学模型。2.1.2 发生水柱中断均按发生水柱中断均按水柱中断水锤模型水柱中断水锤模型计算，我们称为计算，我们称为断流水锤断流水锤计算数学模型计算数学模型。实践证明：对于长距离输水，管线起伏大、突变点多，运行中管内实践证明：对于长距离输水，管线起伏大、突变点多，运行中管内压力变化大，在停泵水锤的压力变化大，在停泵水锤的暂态过程中暂态过程中，管道系统，管道系统易产生水柱分离易产生水柱分离并形成并形成断流弥合水锤升压断流弥合水锤升压，且多处断流弥合水锤叠加后，压力很大。，且多处断流弥合水锤叠加后，压力很大。所以所以在进行水
7、锤计算时应在进行水锤计算时应按断流计算，所得结果符合实际，采取防按断流计算，所得结果符合实际，采取防护措施安全可靠。护措施安全可靠。最低水头包络线与水柱最低水头包络线与水柱分离判断分离判断最低最低水头包络线和输水管路本身的位置关水头包络线和输水管路本身的位置关系系，有有以下两种情况以下两种情况:1.最低水头包络线高于管路本身最低水头包络线高于管路本身，即两者即两者不相交不相交，不相切不相切，如如图图(a)。沿沿整个输水管路上整个输水管路上，管内均管内均保持正压保持正压，无真空无真空，因而不因而不发生水柱分发生水柱分离现象离现象。2.在某些部位在某些部位，见见图图(b)中折点中折点A处附近处附近
8、，最低水头包络线低于管路本身最低水头包络线低于管路本身，在在 ef 管段管段内出内出现真空现真空，因此因此，在该管段内要出现水柱分离现在该管段内要出现水柱分离现象象。2.2.1 实例实例一一陕北黄河输水管线二泵站，陕北黄河输水管线二泵站，钢钢管长管长6 km，5台泵台泵，管道管道高差约高差约 70m。用两个数学模型进行停泵水锤计算，分段数为用两个数学模型进行停泵水锤计算，分段数为N=121，以，以50m为一个计算管段。不采取任何防护措为一个计算管段。不采取任何防护措施。施。2.2 在在停泵水锤计算中的结果分析停泵水锤计算中的结果分析通过电算得到该计算模型的结果，并将计算所得结果绘制出压力通过电
9、算得到该计算模型的结果，并将计算所得结果绘制出压力包络线，模型一压力包络线如图一所示：包络线，模型一压力包络线如图一所示：模型一：无断流水锤计算数学模型模型一：无断流水锤计算数学模型无断流水锤计算数学模型无断流水锤计算数学模型5005506006507000400800024002800320036004000440048005200560060006400桩号/m压力/m管中心线最大压力最低压力模型一压力包络线模型一压力包络线最大压力坐标值最大压力坐标值650m，最低压力坐标值最低压力坐标值540m，最大负压达到了最大负压达到了-80m，大部分管内压大部分管内压-40
10、-70m，与实际不符：与实际不符：小于小于-10m的压力是不存在的压力是不存在的的，所以利用模型一进行，所以利用模型一进行水锤计算得到的结果是有水锤计算得到的结果是有缺陷的。缺陷的。采用包含断流水锤数学模型，通过电算得到相同工况的结果，并将采用包含断流水锤数学模型，通过电算得到相同工况的结果，并将计算所得结果绘制出压力包络线，模型二压力包络线如图二所示：计算所得结果绘制出压力包络线，模型二压力包络线如图二所示：模型二：断流水锤计算数学模型模型二：断流水锤计算数学模型断流水锤计算数学模型断流水锤计算数学模型400600800002
11、4002800320036004000440048005200560060006400桩号/m压力/m管中心线最大压力最低压力模型二压力包络线模型二压力包络线管道全线发生断流，由于管道全线发生断流，由于断流弥合水锤压力叠加，管断流弥合水锤压力叠加，管线升压平均达线升压平均达400m，最大压最大压力力坐标值为坐标值为1400m，实际，实际管管内压内压为为850m，说明不采取任，说明不采取任何防水锤措施，何防水锤措施，停泵水锤升停泵水锤升压具有很大破坏性压具有很大破坏性。2.2.2、实例二、实例二某输水管线泵站，某输水管线泵站，5台泵，钢管台泵，钢管4.4km，高差约，高差约140m。两个数学模型
12、对实例进行停泵水锤计算，模型两个数学模型对实例进行停泵水锤计算，模型一为无断流水锤计算数学模型，模型二为断流水锤一为无断流水锤计算数学模型，模型二为断流水锤计算数学模型。管段分段数为计算数学模型。管段分段数为N=87，以，以50m为一个为一个计算管段。不采取任何防护措施。计算管段。不采取任何防护措施。通过电算得到模型一和模型二的计算结果，并将计算所得通过电算得到模型一和模型二的计算结果，并将计算所得结果绘制出压力包络线，实例二压力包络线如图三所示结果绘制出压力包络线，实例二压力包络线如图三所示90000270030003300360039004200
13、45004800560006300660069007200桩号/m压力/m模型二最大压力模型一最大压力管中心线模型二最低压力模型一最低压力实例二压力包络线实例二压力包络线当采用当采用模型一模型一时，最大管道内压为时，最大管道内压为80m，最大负压为，最大负压为-50m；当采用当采用模型二模型二时，管道全线发生断流，最大管内压为时，管道全线发生断流，最大管内压为470m；大于大于-10m 的负压力是不存在的，所以利用模型一进行水锤计的负压力是不存在的，所以利用模型一进行水锤计算得到的结果是不正确的，模型二所反映的水锤升压是真实的算得到的结果是不正确的，模型二所反映的水锤升压
14、是真实的。从从以上计算结果可知，在进行停泵水锤计算时，在不采用任何以上计算结果可知，在进行停泵水锤计算时，在不采用任何防水锤措施下，防水锤措施下，不同的计算数学模型，计算结果差别是很大的不同的计算数学模型，计算结果差别是很大的。模型二中的最高压力比模型一高很多，并且，模型二中压力起伏模型二中的最高压力比模型一高很多，并且，模型二中压力起伏很大。在实际工程中，很大。在实际工程中，断流水锤是常有发生的断流水锤是常有发生的，在存在水柱中断，在存在水柱中断的工况下，如果按无断流进行水锤计算，结果往往偏离实际。的工况下，如果按无断流进行水锤计算，结果往往偏离实际。实例实例:我国西南某市输水管路采用重力输
15、水管道，其我国西南某市输水管路采用重力输水管道，其起端起端高位水池水位标高为高位水池水位标高为70m，末端末端水池水位标高为水池水位标高为52.5m，管路管路最低点最低点标高为标高为19.27m。输水。输水管径管径为为1.6m，管长为，管长为15km，设计流量，设计流量2.91m3/s，流速为，流速为1.45m/s，管材，管材PCCP，波速取波速取a=800。2.3 重力重力流关阀水锤中的结果分析流关阀水锤中的结果分析通过通过电电算得到两种算得到两种模型计算的结果模型计算的结果，绘制，绘制出压力包络线出压力包络线。图图一一 快关时间快关时间10s总关时间总关时间150s压力包络压力包络线线由由
16、压力包络线图一可见，压力包络线图一可见，无水柱中断发生时，模型无水柱中断发生时，模型，的计算结果是一样的的计算结果是一样的，且在整个关阀过程中且在整个关阀过程中压力升高不大压力升高不大。快关10s总关150s方案一二压力包络线020406080000400060008000400016000桩号（m）压力值m)模型、最大压力线模型、最小压力线管中心线标高图二图二 快关时间快关时间5s总关时间为总关时间为50s包络包络线线由压力包络线图二可见，当由压力包络线图二可见，当出现水柱中断时出现水柱中断时，采用，采用模型模型进行关阀水锤计算，进行关阀水锤计算，
17、最最小压力低于管中心线小压力低于管中心线最大处达最大处达53m，但引起的，但引起的升压却不大升压却不大。采用。采用模型模型进行水锤计算进行水锤计算时，可以看出时，可以看出断流发生的地方相应的水锤升压很大断流发生的地方相应的水锤升压很大，两种模型最大压力差，两种模型最大压力差250m。因。因最大负压为最大负压为10m，-53m是不存在的，是不存在的，模型模型结果失真结果失真。模型模型反映了水柱撞击工况，反映了水柱撞击工况，是是符合实际符合实际的。的。快关5s总关50s方案一二压力包络线-02402903403904404900200040006000800010000120
18、001400016000桩号（m）压力值（m）模型二最大压力模型一最大压力模型二最小压力管中心线标高模型一最小压力对于长距离输水，管线起伏大、突变点多，运行中管内压对于长距离输水，管线起伏大、突变点多，运行中管内压力变化很大，水流条件复杂，在停泵水锤的力变化很大，水流条件复杂，在停泵水锤的暂态过程中暂态过程中，管道，管道系统系统易发生很大的负压易发生很大的负压，当负压值一旦，当负压值一旦超过水的汽化压强超过水的汽化压强，就，就会会汽化汽化，进而，进而产生水柱分离产生水柱分离并形成并形成断流弥合水锤升压断流弥合水锤升压，且多处，且多处断流弥合水锤叠加后，压力很大。所以断流弥合水锤叠加后，压力很大
19、。所以在进行水锤计算时应采在进行水锤计算时应采用模型二用模型二，即在停泵水锤的整个过程中按断流计算，这样计算，即在停泵水锤的整个过程中按断流计算，这样计算所得结果符合实际，采取防护措施安全可靠。所得结果符合实际，采取防护措施安全可靠。2.4 结论结论与建议与建议东方水谷水力实验室东方水谷水力实验室（株洲南方阀门）（株洲南方阀门）3、长输管道水锤常用防护长输管道水锤常用防护技术措施技术措施3.13.1 常用的防护技术与设备两阶段关闭的可控阀缓闭止回阀零流速快闭止回阀水泵控制阀调压塔气压罐水锤消除器水击预防阀超压泄压阀调压塔、气压罐普通空气阀缓冲排气阀复合排气阀ABCD注水注水(补水补水)型型控制
20、压力波动源控制压力波动源注空气注空气(缓冲缓冲)稳压型稳压型泄水降压泄水降压常用的水锤防护技术分类常用的水锤防护技术分类3.1 3.1 常用的防护技术与设备常用的防护技术与设备 DN600mm时，采用时，采用水泵控制阀水泵控制阀。700mm DN1000mm时，泵控阀或时，泵控阀或液控蝶阀液控蝶阀均可均可 超大管径超大管径DN1200mm时，液控蝶阀或时，液控蝶阀或管力阀管力阀。3.1.1 缓闭止回缓闭止回液控蝶阀外形照片液控蝶阀外形照片液控蝶阀结构示意图液控蝶阀结构示意图管力阀是水泵出口控制阀门。管力阀是水泵出口控制阀门。结构紧凑，结构紧凑，体积小，重量轻，体积小，重量轻，适用于适用于大口径
21、大口径管路系统管路系统。阀阀门直线型流道，能耗低、运行稳，兼具电动闸门直线型流道，能耗低、运行稳，兼具电动闸阀、电动蝶阀以及止回阀的功能阀、电动蝶阀以及止回阀的功能，保护，保护水泵及水泵及管网系统安全。管网系统安全。管力阀管力阀管力管力阀有阀有活塞活塞式式与与膜片式膜片式两种控制装置，可分两种控制装置，可分别适用于清水、原水类介质和污水、渣浆水类别适用于清水、原水类介质和污水、渣浆水类介质；可通过辅助部件，实时反馈阀门在线运介质；可通过辅助部件，实时反馈阀门在线运行情况，对长距离输送工程，实现自动控制与行情况，对长距离输送工程，实现自动控制与远程检测功能；在产品类型远程检测功能；在产品类型上有
22、上有普通型普通型、回水回水低压型低压型等规格等规格。当发生停泵水锤，当发生停泵水锤，产生负压波时，管道中排气阀开启注气产生负压波时，管道中排气阀开启注气，当正压波，当正压波来临之时若排气速度不加控制，管线中水流弥合速度过大，则引发直来临之时若排气速度不加控制，管线中水流弥合速度过大，则引发直接水锤，不利于管线安全接水锤，不利于管线安全。3.1.2 排气排气管线管线在采用排气阀时在采用排气阀时，须须采用可以采用可以恒速恒速排气的全排气的全压恒速排气阀，压恒速排气阀，将水柱弥将水柱弥合流速限制在合流速限制在0.3m/s内内，从，从而而减少减少排气结束后水柱弥排气结束后水柱弥合产生的升压。合产生的升
23、压。当发生停泵水锤，当发生停泵水锤，产生负压波时，管道中排气阀开启注气产生负压波时，管道中排气阀开启注气，当正压波，当正压波来临之时若排气速度不加控制，管线中水流弥合速度过大，则引发直来临之时若排气速度不加控制，管线中水流弥合速度过大，则引发直接水锤，不利于管线安全接水锤，不利于管线安全。3.1.2 排气排气六六种气液种气液两相两相流流状态示意图状态示意图六种流态六种流态间间的的相互转化相互转化（充水前期充水前期）气相和液相的流速都不大气相和液相的流速都不大（充水中期（充水中期）液相流速较小，气相流速较大液相流速较小，气相流速较大（充水后期（充水后期）液相和气相互相间隔液相和气相互相间隔（充水
24、后期（充水后期）液相液相流速大流速大，气相，气相流速小，气团随流速小，气团随液相液相流动流动(瞬间出现并迅速转化瞬间出现并迅速转化)（瞬间出现并迅速转化成波状流或段塞流瞬间出现并迅速转化成波状流或段塞流）气相流速很大，液相气相流速很大，液相被吹被吹铺成沿管壁周边的环状液膜，气相在环膜中间高速铺成沿管壁周边的环状液膜，气相在环膜中间高速运动运动 主要应用于重力流输水管线，当管线落差过大时，为防止下游管线静主要应用于重力流输水管线，当管线落差过大时，为防止下游管线静压力过高，而分段设置水池。设计时应注意上下游流量匹配问题，应压力过高，而分段设置水池。设计时应注意上下游流量匹配问题，应使用使用流量水
25、位双控阀流量水位双控阀进行流量的自动控制进行流量的自动控制，或使用，或使用减压恒压阀减压恒压阀。3.1.3 分段水池（辅减压恒压阀）分段水池（辅减压恒压阀）减压恒压阀减压恒压阀外形图外形图水位控制阀水位控制阀外形图外形图普通浮球式水位控制阀DN00浮球阀开启时，浮球阀开启时，0.2MPa市政余压流量市政余压流量可达可达40m/h，频繁迅，频繁迅速启闭速启闭轻则会轻则会造成浮造成浮球脱落大量溢流、泵球脱落大量溢流、泵房淹没，重房淹没，重则可能导则可能导致致管网水锤压力振荡管网水锤压力振荡引引起爆管，起爆管，危及管网危及管网安全安全。3.1.4 压力波动预止阀压力波动预止阀由由导阀控制导阀控制、液
26、压驱动液压驱动的隔膜控制阀。驱动装置分的隔膜控制阀。驱动装置分上、下两个控制腔室，上腔室由导阀控制，通过调上、下两个控制腔室，上腔室由导阀控制，通过调节导阀的内置针阀实现，下腔室通过一固定的小孔节导阀的内置针阀实现，下腔室通过一固定的小孔与阀体内压力相连与阀体内压力相连,使阀门的关闭得到缓冲。阀体结使阀门的关闭得到缓冲。阀体结构为角型和构为角型和Y型两种。型两种。当当泵站输水系统事故停泵时，会产生巨大的压力泵站输水系统事故停泵时，会产生巨大的压力波动，威胁波动，威胁泵站安全。泵站安全。这种压力波动往往表现出明显这种压力波动往往表现出明显的的低压段低压段，继而，继而高压段激聚出现高压段激聚出现。
27、低压控制导阀低压控制导阀可可感感应到应到这种最初的这种最初的压力波降压力波降并自身并自身开启开启，以使，以使主阀随之主阀随之开启开启，将随之而来的，将随之而来的高压力波泄高压力波泄出出，预防，预防从系统返回从系统返回的高压力波动的高压力波动3.1.5 弥合水锤预防阀弥合水锤预防阀是一种由主排气阀、缓冲是一种由主排气阀、缓冲阀组和卷帘式微量排气阀阀组和卷帘式微量排气阀组成，专门为解决管道中组成，专门为解决管道中高速排气及预防弥合式水高速排气及预防弥合式水锤而设计的排气阀。锤而设计的排气阀。当当管道中发生水力瞬管道中发生水力瞬变，某点压力变，某点压力过高时，此点的超压泄压阀自动过高时，此点的超压泄
28、压阀自动打开，泄放掉一定水量后，压力降低；当压力降到安全值后，泄压阀打开，泄放掉一定水量后，压力降低；当压力降到安全值后，泄压阀自动关闭，通过泄掉一定流量来达到降压目的，保护管线的安全。先自动关闭，通过泄掉一定流量来达到降压目的，保护管线的安全。先导式超压泄压阀一般动作迟滞导式超压泄压阀一般动作迟滞23秒秒。3.1.6 超压泄压阀超压泄压阀先导式超压泄压阀外型图先导式超压泄压阀外型图先导式超压泄压阀结构示意图先导式超压泄压阀结构示意图 双向调压塔设置于输水干管上双向调压塔设置于输水干管上易于发生水柱分离的高点或折点处易于发生水柱分离的高点或折点处，当，当突发事故停泵时，它能向管路中补充水，以防
29、止水柱分离突发事故停泵时，它能向管路中补充水，以防止水柱分离，消减，消减断流断流弥合水锤升压弥合水锤升压。调压塔的水位应高于管道终点接受水池水面高度并加调压塔的水位应高于管道终点接受水池水面高度并加管道的水头损失。管道的水头损失。这种方式工作安全可靠，但其应用受到泵站压力和这种方式工作安全可靠，但其应用受到泵站压力和周边地形的限制，造价高。周边地形的限制，造价高。3.1.7 传统双向调压塔传统双向调压塔 单向调压塔是单向调压塔是防止产生负压防止产生负压（水柱分离）（水柱分离）和和消减断流弥合水锤过高升压消减断流弥合水锤过高升压的经济有效、的经济有效、稳妥可靠的停泵水锤防护措施和稳妥可靠的停泵水
30、锤防护措施和设施。设施。3.1.8 单向调压塔单向调压塔 设置于输水干线上设置于输水干线上容易产生容易产生负压和水柱分离的诸主要特负压和水柱分离的诸主要特异点处异点处，如主要峰点、膝部，如主要峰点、膝部折点、驼峰以及鱼背点等。折点、驼峰以及鱼背点等。原理为当管线出现负压时进行注水防止水柱拉断。单向调压塔的水面高原理为当管线出现负压时进行注水防止水柱拉断。单向调压塔的水面高度低于该处的管道压力。但其度低于该处的管道压力。但其对停泵水锤以外的水锤如关阀水锤的降压对停泵水锤以外的水锤如关阀水锤的降压作用有限作用有限，此外，单向调压塔使用的单向阀的性能必须可靠，一旦该阀，此外，单向调压塔使用的单向阀的
31、性能必须可靠，一旦该阀门失灵，可能导致较大水锤事故。门失灵，可能导致较大水锤事故。3.1.9 空气罐空气罐/气囊式气压罐气囊式气压罐空气罐是密闭的高压容器，对于输空气罐是密闭的高压容器，对于输水系统而言，其上部为高压气体，下部水系统而言，其上部为高压气体，下部为水体，底部通过连通管与主管道相连，为水体，底部通过连通管与主管道相连，罐壁和水面形成封闭的罐壁和水面形成封闭的气室。气室。利用气室利用气室内内气体压气体压缩与缩与膨胀的特点，可吸膨胀的特点，可吸收水锤波，以防止管道收水锤波，以防止管道里的水压波动，从而保里的水压波动，从而保证供水系统的安全。证供水系统的安全。气压气压罐一般体积较大罐一般
32、体积较大，需配套空压，需配套空压机等机等机电控制设备机电控制设备，对运行管理要求高。，对运行管理要求高。气囊式空气罐气囊式空气罐4、长安大学水锤防护科研进展长安大学水锤防护科研进展水锤防护新技术恒速恒速缓冲排气阀缓冲排气阀减少排气结束后减少排气结束后水柱弥合产生水柱弥合产生内缸式排气阀内缸式排气阀限制排气速度限制排气速度控制排气升压控制排气升压呼吸井盖呼吸井盖快速吸、排气快速吸、排气保证阀井通畅保证阀井通畅喷孔控流阀喷孔控流阀管道末端稳压管道末端稳压保护末端池（塔）保护末端池（塔）箱式双向调压塔箱式双向调压塔高度大幅降低高度大幅降低降低工程造价降低工程造价无频动消锤控位阀无频动消锤控位阀控制水
33、箱液位控制水箱液位消除水锤消除水锤无频繁启停无频繁启停4 4 长安大学水锤防护科研长安大学水锤防护科研进展进展吸水池吸水池无频动消锤无频动消锤控位阀控位阀水泵水泵旁通管旁通管箱式双向箱式双向调压塔调压塔恒速恒速缓冲缓冲排气阀排气阀内缸式内缸式排气阀排气阀呼吸呼吸井盖井盖呼吸呼吸井盖井盖阀井阀井阀井阀井喷孔控流阀喷孔控流阀压力流长距离输水管道综合水锤压力流长距离输水管道综合水锤防护防护措施措施末端水池末端水池水池水池普通排气阀及井盖存在的问题4 4 长安大学水锤长安大学水锤防护防护新技术新技术充水初期，层状流充水初期，层状流充水中期，波状流态充水中期，波状流态充水后期和正常运行充水后期和正常运行
34、中的中的段塞流段塞流排气效果：低压时，排气阀大排气口打开，但井盖关闭，排气困难。高压和水气相间排气时，浮球吹起，产生气托，只有微孔排气，口径一般5mm，排气几乎无作用。吸气效果：管道出现负压时，排气阀口大开，但井盖关闭，无法向管道注气，不能及时消除管道负压，会造成管道被吸瘪等严重破坏事故。长安大学水力过渡研究所一楼快关阀后观察段一楼快关阀后观察段快关控制阀门快关控制阀门 当发生停泵水锤，当发生停泵水锤，产生负压波时，管道中排产生负压波时，管道中排气阀开启注气气阀开启注气，当正压波来临之时若排气速，当正压波来临之时若排气速度不加控制，管线中水流弥合速度过大，则度不加控制，管线中水流弥合速度过大，
35、则引发直接水锤，不利于管线安全。所以管线引发直接水锤，不利于管线安全。所以管线在采用排气阀时，采用可在采用排气阀时，采用可恒速恒速排气的全压恒排气的全压恒速排气阀，速排气阀，将水柱弥合流速限制在将水柱弥合流速限制在0.3m/s内内，从而减少排气结束后水柱弥合产生。从而减少排气结束后水柱弥合产生。4.1 4.1 恒速恒速缓冲排气阀缓冲排气阀排名排名1：杨玉思教授：杨玉思教授全压高速恒速缓冲排气阀四个工况工作原理全压高速恒速缓冲排气阀四个工况工作原理水位线微量排气微量排气进气进气排气排气关闭关闭 内缸式排气阀是传统气缸式快速进排气阀的一种改进形式，在保留大内缸式排气阀是传统气缸式快速进排气阀的一种
36、改进形式，在保留大排气孔的前提下，加装小排气孔，以限制排气速度，控制排气升压。排气孔的前提下，加装小排气孔，以限制排气速度，控制排气升压。内内缸式排气阀缸式排气阀气体压力较低时，低压气体能够通过大排气孔（8）快速排出气体压力较高时，高压气体能够通过小排气孔（3）缓冲排出水气相间时，遇气打开小排气孔缓冲排气，遇水关闭密封不漏水管道负压时，能够快速进气，补充压力内内缸式排气阀缸式排气阀4.2 4.2 新型呼吸井盖新型呼吸井盖31781、井盖；井盖；2、第一通气孔；第一通气孔；3、连接部件；连接部件；4、连接部件；连接部件；5、防杂物盖；防杂物盖；6、内筒
37、；内筒；7、第二通气孔；第二通气孔；8、上板；上板；9、弹簧；弹簧；10、底板；底板；11、第三通气孔；第三通气孔；12、环形盖板；环形盖板；13、中间隔板；中间隔板；14、第四通气孔；第四通气孔；15、空腔；空腔；16、柱体；柱体；17、橡胶垫橡胶垫。新型呼吸井盖结构示意图及实物图新型呼吸井盖排气过程新型呼吸井盖吸气过程4.2 4.2 新型呼吸井盖新型呼吸井盖31781、井盖；井盖；2、第一通气孔；第一通气孔；3、连接部件；连接部件；4、连接部件；连接部件；5、防杂物盖；防杂物盖；6、内筒；内筒；7、第二通气孔；第二通气孔；8、上板；上板；9、弹簧
38、；弹簧；10、底板；底板；11、第三通气孔；第三通气孔；12、环形盖板；环形盖板；13、中间隔板；中间隔板；14、第四通气孔；第四通气孔；15、空腔；空腔；16、柱体；柱体；17、橡胶垫橡胶垫。新型呼吸井盖结构示意图及实物图新型呼吸井盖排气过程新型呼吸井盖吸气过程1进口导流管；进口导流管；2进水导流板；进水导流板；3阀座；阀座；4密封环；密封环；5对冲导向板；对冲导向板；6喷孔对冲器；喷孔对冲器；7喷孔消能活塞；喷孔消能活塞；8密封导向环；密封导向环；9阀体；阀体；10出水倒流管；出水倒流管；11高压密封高压密封12低压密封圈；低压密封圈；13导向滑环；导向滑环；14出口导流管出口导流管4.3
39、 4.3 喷孔控流阀喷孔控流阀特点特点:集对冲消能器与减压恒集对冲消能器与减压恒压阀两者优点，既可消减管内富余压阀两者优点，既可消减管内富余压力，又可根据下游水池水位稳定压力，又可根据下游水池水位稳定控制管内的流量。在管道向水池稳控制管内的流量。在管道向水池稳态输水时，可实现管道末端出流量态输水时，可实现管道末端出流量恒定且阀前保压、阀后稳压的作用。恒定且阀前保压、阀后稳压的作用。对进入水池的水压进行稳定消减，对进入水池的水压进行稳定消减，避免水池过度冲刷，将水池水位控避免水池过度冲刷，将水池水位控制在一定范围内，并且水力制在一定范围内，并且水力自自控控。新型水锤防护设备研究：喷孔控流阀喷孔对
40、冲式高比例减压消能阀实验管路系统图喷孔对冲式高比例减压消能阀实验管路系统图新型水锤防护设备研究流量流量20m3/h，阀门关闭时，阀门关闭时5#测压点压力过程线图测压点压力过程线图（A：管道不注气管道不注气；B：管道注气管道注气8m3/h；C：管道注气管道注气12m3/h）流量流量30m3/h，阀门关闭时，阀门关闭时5#测压点压力过程线图测压点压力过程线图（A：管道不注气管道不注气；B：管道注气管道注气8m3/h；C：管道注气管道注气12m3/h）ABCABC喷孔对冲式高比例减压消能阀喷孔对冲式高比例减压消能阀防水锤实验实测压力曲线防水锤实验实测压力曲线新型水锤防护设备研究流量流量40m3/h，
41、阀门关闭时，阀门关闭时5#测压点压力过程线图测压点压力过程线图（A：管道不注气管道不注气；B：管道注气管道注气8m3/h；C：管道注气管道注气12m3/h）流量流量50m3/h，阀门关闭时，阀门关闭时5#测压点压力过程线图测压点压力过程线图（A：管道不注气管道不注气；B：管道注气管道注气8m3/h；C：管道注气管道注气12m3/h）ABCABC喷孔对冲式高比例减压消能阀喷孔对冲式高比例减压消能阀防水锤实验实测压力曲线防水锤实验实测压力曲线喷孔对冲式高比例减压消能阀工作原理喷孔对冲式高比例减压消能阀工作原理图图喷孔对冲式高比例减压消能阀喷孔对冲式高比例减压消能阀产品实物图产品实物图在运行中，阀芯
42、处于动态平衡中：P1S1=P2S2。如果S2/S1=10，减压比是10，则P1/P2=10。在实际工程中，如果水池水位深3m，则可保持阀进口水压为30m，水位深5m，可保证阀进口水压不小于50m。流量分配稳定可靠，无流量压力震荡。喷喷孔控流孔控流阀工程应用阀工程应用箱式双向调压塔原理图箱式双向调压塔原理图1下阀体下阀体2活塞活塞3上阀体上阀体4防溢环防溢环5上压板上压板6膜片膜片7下封板下封板8弹簧弹簧9单向板单向板10密封环密封环11防冲导流板防冲导流板12定深溢流管定深溢流管13活塞开度指示活塞开度指示14泄水口泄水口15管道连接口管道连接口 箱式双向调压塔（设备）箱式双向调压塔（设备）是
43、传统是传统双向调压塔（构筑物）的改进形式的改进形式特点是：特点是：在水锤防护性能上几乎等同，在水锤防护性能上几乎等同，但高度可大幅降低，但高度可大幅降低，一般为一般为46m，从而扩大了从而扩大了调压塔调压塔的使用范围，降低的使用范围，降低工程造价。工程造价。箱式双向调压塔箱式双向调压塔的调压原理：的调压原理：采用采用上下不等面积活塞增压原理上下不等面积活塞增压原理，使活，使活塞上部面积乘水箱水深，等于活塞塞上部面积乘水箱水深，等于活塞下部面积乘以管道设计最大压力之下部面积乘以管道设计最大压力之积，达到活塞的动态平衡。积，达到活塞的动态平衡。4.4 4.4 箱式双向调压塔箱式双向调压塔新型水锤防
44、护设备研究：箱式双向调压塔箱式双向调压塔外观箱式双向调压塔外观水工模型试验现场水工模型试验现场水工模型试验示意水工模型试验示意4.4 4.4 箱式双向调压塔箱式双向调压塔新型水锤防护设备：箱式双向调压塔停泵水力坡度变化曲线停泵水力坡度变化曲线-无防护设备无防护设备停泵水力坡度变化曲线停泵水力坡度变化曲线 箱式双向调压塔箱式双向调压塔箱式双向调压塔防水锤工程应用效果图箱式双向调压塔防水锤工程应用效果图新型水锤防护设备研究：箱式双向调压塔箱式双向调压塔高压泄水箱式双向调压塔高压泄水箱式双向调压塔低压补水箱式双向调压塔低压补水箱式双向调压塔水工模型试验示意箱式双向调压塔水工模型试验示意箱式双向调压塔
45、水工模型试验示意箱式双向调压塔水工模型试验示意高压泄水状态高压泄水状态低压补水状态低压补水状态3设计图纸1）阜阳临泉界首段的箱式双向调压塔）阜阳临泉界首段的箱式双向调压塔参数参数DN1000，1.0MPa调压塔室参考调压塔室参考图图桩号桩号GX1+600，DN1000，承压值，承压值1.0MPa，泄压值泄压值65m，进水量，进水量15.2m3，出水量，出水量12.9m33设计图纸1）阜阳临泉界首段的箱式双向调压塔参数）阜阳临泉界首段的箱式双向调压塔参数DN1000，1.0MPa调压塔室参考调压塔室参考图图桩号桩号GX1+600，DN1000，承压值，承压值1.0MPa，泄压值泄压值65m，进水
46、量，进水量15.2m3，出水量，出水量12.9m33设计图纸1）阜阳临泉界首段的箱式双向调压塔参数）阜阳临泉界首段的箱式双向调压塔参数DN1000，1.0MPa调压塔室参考调压塔室参考图图桩号桩号GX1+600，DN1000，承压值，承压值1.0MPa，泄压值泄压值65m，进水量，进水量15.2m3，出水量，出水量12.9m35、最优防护技术措施最优防护技术措施长距离输水管道的最优水锤防护技术措施：选择恰当的水锤计算模型对不同工况进行水力过渡工过程分析；水泵出口安装控制阀门；在适当位置安装稳压设备（调压塔或空气罐）；管道每隔5001000m安装恒速缓冲排气阀，阀井配呼吸井盖或通气管；重力流设隔离水池、水池入口建议安装减压控流阀；根据水力过渡过程计算分析，制订科学的运行操作规程。5 5 最优防护技术措施最优防护技术措施联系方式：联系方式：（同微信号）（同微信号）894496318 894496318 Thank you请批评指正！
sgpjbg002
工作日 9:30 - 18:00
会员动态：
报告分类
新质生产力
ChatGPT
新能源汽车
大模型
Sora
机器人
微短剧
芯片
薪酬
白皮书
低空经济
数据要素
创新药
人工智能
AI产业
信息科技
互联网
消费经济
汽车交通
电商零售
传媒娱乐
医药健康
投资金融
能源环境
地产建筑
传统产业
英文报告
其它
扫码登录
手机快捷登录
账号登录
