30.长距离压力输水管道水锤防护设计

长距离压力输水管道水锤防护设计饶雪峰刘海涛苏雷李华。(1中冶京诚工程技术有限公司，北京100176；2成都市双流县水务局，双流610200)摘要四川某20万m3／d长距离输水工程地处山区，输水距离长且管道起伏较大，并且采用泵站加压输水，水泵扬程81m，水锤防护难度大。以该工程为例，基于PIPE2010：Surge水力分析软件平台，将防水锤空气阀、防水锤空气罐在输水工程中搭配使用，对其进行了水锤数值模拟。分析结果表明，防水锤空气阀与防水锤空气罐联合作用可有效地防护长距离输水工程中水锤危害。关键词长距离压力输水管道停泵水锤模拟分析防护措施0引言由于长距离输水工程管线长，管道起伏大，要求输水保证率高，其安全运行问题越来越受到科研、设计、施工及运行管理人员的重视。水锤是影响长距离压力输水工程安全运行的一个重要因素，不少工程因水锤而引起爆管，造成了严重的经济损失。水锤发生时能量转换十分复杂，依靠传统的分析方法不能实时分析水锤发生过程中的水力变化情况，进行实验室模拟费用较高。早期的水锤计算多采用图解法或数解法，从2o世纪8o年代开始采用计算机模拟，目前，国外已在计算机模拟的基础上开发出一系列水锤计算软件。国内则有金锥、杨玉思等Ⅲ对断流水锤理论、计算和防护进行阐述；刘竹溪等[。对泵站水锤及防护装置进行了大量分析研究；刘光临等[“]研究了水泵出口阀关闭程序对管道系统压力和调压塔水位变化影响；王学芳等I5]研究了长输水管线中安装进排气阀对空泡溃灭水锤的影响，并对空气阀的特性进行了研究。1工程概况四川某长距离输水工程给水加压站规模20万m。／d，时变化系数1．5，最大供水能力12500m3／h。经加压站提升后供用户使用，配套输水管径DN1由于输水量大，输水距离远，管线沿程起伏较大，一旦发生水锤事故，会造成严重的安全事故。因此，采取安全可靠的水锤防护措施十分重要。．!追距离，k图1输水管道纵断面2模型建立2．1应用软件简介本工程水锤分析软件采用PIPE2010：Surge，该水力分析软件所应用的水锤波特征方程源于弹性水柱理论的两个基本方程，数值求解方法采用拉格朗日波特性法，建模过程以节点和管段的稳态计算结果为基础，可对水锤进行瞬态精确计算和实时跟踪，以图表形式直观明了地呈现结果。可计算包括压力、流量、进排气有效口径、水损及水泵转速等多项参数，并输出这些参数的最大值、最小值和稳态值及相应的发生时间等，从而为采取压力防护及消除措施提供依据。600~2000，管道距离约11km，选用PCCP管材，2．2建模数据项目总投资约1．8亿。管道纵断面详见图1，2．2．1水泵参数(见表1)表1四川某输水加压工程水锤分析软件建模水泵参数参数水泵型号单台流量／m0／h水泵扬程／m额定转速／r／min转动质量／kg·运行台数／台备注1#泵组500S一98型22008197021．24备用2台2#泵组350S一125B型13008114708．683无备用泵给水排水VO．39No．220131232．2．2管道参数管道选用PCCP管材，海曾威廉系数12O，水锤波速1100m／s。管道最大输水量12500m3／h。管道沿途设3处供水点，供管道沿途用户使用，K3+519处设一供水点，供水量l080ln。／h，供水压力566．6mH2O，自南水头46．4mH2O，K5+000处设一供水点，供水量1480m。／h，供水压力565．4mHzO，自由水头51．1mH2O，K8+537处设一供水点，供水量4100ma／h，供水压力563．3mHO，自由水头53．1mH2O。管道末端供水量58401TI。／h。KO+0O0~K3+520管径DN2000，壁厚145mm，K34-52O～K8+540管径DN1800，壁厚135ITlm，K84-54O～末端管径DN1600，壁厚120mrn。2．2．3水力参数加压站清水池常水位489．2m，最低液位487．41TI，加压泵出口标高485．75Fn。管道末端接入市政供水管网，末端节点水压556．68mH。O，自由水头53mH2O。3停泵水锤分析及防护措施3．1无防护水锤模拟输水管道沿线无任何水锤防护措施，仅在水泵出口设置多功能水力控制阀，该阀2S内关闭9O，其余l0在第二阶段10S内缓闭，通过软件分析7台工作泵同时断电停车时瞬态水锤。分析结果详见图2～图4。从图3、图4可以看到，工作泵断电停泵时，各泵组转速在20S内快速降低到0，但是未产生反转现象，满足《泵站设计规范》(GB50265-2010)要求。但是从图5可以看到，泵出口节点自由水头在停泵后130S时出现最大值，达到230m，为水泵额定工作压力的2．8倍，远超过《泵站设计规范》所要求的水泵出口最高压力不超过水泵额定压力1．3～1．5倍。由图2可以看到，在输水管道前2500m，即管道上升