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随着长距离输水工程的逐渐增多,长距离输水系统水锤防护问题的研究越来越受到设计及研究人员的重视。由于长距离输水工程输水管线长、起伏大,水流条件复杂,在管道内很容易发生复杂的水锤现象。水锤现象持续的时间虽然短暂,但它往往会造成严重的工程事故。为了确保长距离输水系统的运行安全,选择安全可靠、有效经济、合理的水锤防护措施就显得至关重要。空气阀由于结构简单、费用低、安装方便等优点,在压力输水系统中应用越来越广泛。本文以空气阀组防护压力管道水锤为研究方向,进行了以下方面的研究:
阐述了水锤分析计算中常用的特征线法,并结合特征线法、水泵全性能方程及水泵机组惯性方程,建立了长距离输水管道中串并联水泵端的边界条件。
根据空气阀的工作原理,对目前国内外市场上形式多样的空气阀进行了总结分类,并在传统空气阀的数学模型上建立了不同型式空气阀组的数学模型,论述了在实际工程应用中空气阀的安装位置及合理布置。
通过室内实验,对不同过流面积空气阀的进排气性能进行了研究。分析实验结果发现:通过空气阀质量流量公式计算得到的进排气量与实验测试得到的进排气量存在很大误差,并且空气阀的进排气流量系数是随着阀内外的压差变化而变化的,是个动态的系数,并不是我们通常认为的一个常量。在实际计算空气阀的进排气量时,空气阀进排气性能参数的取值,直接影响到进排气量的计算结果,进而影响空气阀的水锤防护效果。
结合某工业园区长距离压力输水工程,采用泵出口两阶段关闭蝶阀和空气阀组共同作用进行水锤防护,结合各类边界条件建立了水锤计算的基本数学模型,应用计算机语言编制水锤防护计算的程序,进行了水锤防护模拟计算。水锤计算结果:管道局部虽有负压,但负压控制在-7.5m以上,不会出现水柱分离现象。说明泵出口两阶段关闭蝶阀和空气阀组共同作用对本工程水锤防护起到了显著效果。