缓闭止回阀防护水锤的研究_杨丽明

缓闭止回阀防护水锤的研究杨丽明1吴秀云2王念慎3(1北京交通大学土木建筑工程学院2北京工业大学分部3中国水利水电科学研究院)学科分类与代码:620.3050【摘要】笔者就水泵扬水的压力输水系统中设置气压式调压室和缓闭止回阀的问题,建立了实验模型和相应的数学模型,并进行了理论分析研究、数值模拟和实验研究;通过实验,验证了数值模拟的数学模型和计算程序,并且指出了缓闭止回阀使用的范围,纠正了使用缓闭止回阀的误区,对提高压力水系统安全性及降低工程成本具有现实意义。【关键词】水锤;气压式调压室;缓闭止回阀;安全性StudyonProtectionofWaterHammerbySlow-ClosingBackPressureValveYANGLi-ming1WUXiu-yun2WANGNian-shen3(1SchoolofCivil&ArchitectureEngineering,BeijingJiaotongUniversity2BranchofBeijingPolytechnicUniversity3ChinaAcademyofWaterConservancy&Hydropower)Classificationandcodeofdisciplines:620.3050Abstract:Airsurgetankandslow-closingbackpressurevalveareinstalledinthelong-distancewaterdeliverysystemofpump.Experimentmodelandrelevantmathematicmodelarebuilttomakethetheoreticalanalysis,numericalandexperimentalstudyonthemodels.Themathematicsimulationandmathematicmodelareverifiedbyexperiments.Theappropriateplaceforus-ingslow-closingbackpressurevalveisdesignated,anderroneousplaceforusingthisvalveiscorrected.Itissignificantinimprov-ingthesafetyofthewaterdeliverysystemandloweringthecostoftheproject.Keywords:WaterhammerAirsurgetankSlow-closingbackpressurevalveSafety1引言水锤是指在压力管道中,由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。水锤事故往往造成给水管道爆裂、水泵及阀门损坏大量漏水乃至停水,有时会造成泵站淹没毁坏,泵船沉没、人身伤亡等严重事故。例如:武汉阳逻电厂循环冷却水系统事故,是在手工关闭凝汽器后面的阀门时,附近的管道破裂,大量水从裂口中射出,紧接着又立即停泵,导致水泵附近的管道炸裂,巨大的水柱从裂缝处喷出,致使泵房被淹,整个火电厂被迫停产,经济损失巨大;天津盘山电厂补水管爆管事故,在分段及全线水压试验阶段有10处爆管,在投产前的试运行阶段,2#管3号转角的上游第1节管和7#检查井上游第3节管发生爆裂,机组投产后,2#管4号检查井下游第2节管爆裂,不久2#管13号检查井南约50m处又爆管,损失惨重[1]。为避免发生破坏性水锤事故,目前工程界普遍设置气压式调压室,其优点在很多文献里叙述。同时为了防止在水泵扬水的压力输水系统中,水泵断电后过高的倒转速损坏设备以及管道里的水倒流的事故,供水系统内一般要设置止回阀。现今很多工程在带有气压式调压室的输水系统中采用缓闭止回阀,但在此类系统中采用缓闭止回阀防护水锤的作用,及关阀快慢对水锤压力的影响等目前未见详细的研究。笔者以实验为基础,结合理论分析和数值模拟,详细地阐述在压力输水系统中设置气压式调压室及缓闭止回阀防护水锤的作用,并作了对比及补充试验,纠正目前使用缓闭止回阀的一些误区,对提高压力水系统安全性且降低工程成本具有现实意义。2水锤分析的数学模型及计算方法水锤分析数学模型的重点在于研究水泵、气室及缓闭止第14卷第11期2004年11月中国安全科学学报ChinaSafetyScienceJournalVol.14No.11Nov.2004DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2004.11.019回阀的边界条件,特征线法在管道系统水锤计算中应用得比较普遍,其计算结果已得到许多试验的验证。笔者采用这种理论计算方法对装有气压式调压室和缓闭止回阀的水泵系统进行了水锤分析计算。2.1水锤计算的特征线法有压管中的水力瞬变采用考虑