[發明專利]減小空氣罐總容積的水錘防護結構及方法

有效

• 申請號: 201610110923.1
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105735421B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 張健;俞曉東;劉甲春;周雅馨;陳勝;王希晨
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F16L55/045
• 分類號: F16L55/045;E03B7/09
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李曉

技術領域

本發明涉及長距離供水技術領域，具體涉及一種在管線布置平緩的長距離供水工程中，用于減小空氣罐的總容積的水錘防護結構及方法。

背景技術

在泵站輸水系統中，由于抽水斷電事故的發生，水泵機組轉速迅速減小，泵后壓力迅速降低，降壓波向泵后管道傳遞，導致輸水系統管道沿線出現嚴重降壓，管道初始壓力較小點可能因為降壓過大而降至汽化壓力，產生液柱分離現象，其誘發的彌合水錘將產生很大壓力，危及管道的安全。

空氣罐是密閉的高壓容器，其上部為高壓氣體，下部為水體，底部通過短管與主管道相連，利用罐體壁面與水面所形成的封閉氣室，依靠氣體的壓縮和膨脹特性，來反射水錘波，抑制水位波動，保證輸水系統的安全穩定運行。當在泵后設置空氣罐防護后，罐內高壓氣體驅使罐內水體向管道補充，以避免管道中壓力下降過快，其防護原理類似于電站中氣墊調壓室。為了充分發揮空氣罐的水錘調節能力，空氣罐應當盡量地靠近水泵布置，以防止泵后管道出現負壓。在消除長距離輸水泵站上的負壓措施中，空氣罐具有安裝管理方便，對場地沒有嚴格要求等優點。

空氣罐作為有效的負水錘防護措施，在泵站輸水系統中得到了良好的應用。然而，若輸水管道較長，流量較大，管道中水體慣性較大，所需的空氣罐體型也必然較大，進而會造成防護成本過高及運行管理不便。設置的空氣罐體積較大主要原因是：(1)管道距離較長，所需補水量大；(2)管線布置較平緩，系統首尾地形揚程很小，水倒流動力小，斷電后管道系統的補水主要來自泵后空氣罐。第一點是系統本身決定的，較難克服，在斷電時需要快速關閉泵后閥，盡量避免空氣罐向壓力前池及管道雙向補水；對于第二點，則需要快速關閉供水系統尾部閥門，避免管道內水體流失過多。對于長距離供水工程，尾部閥的快速關閉極易產生直接水錘，導致管道破壞，但如閥門關閉過慢，管道中水量流出較多，則起不到減小首端空氣罐體積的效果。

對于管道布置相對平緩的長距離供水工程，其管道較長，管道內水體的慣性較大，其管線布置相對平緩的特性使得水體倒流動力小，在發生停泵事故后，管道末端會流出較多的水量，而這些水量需要泵后空氣罐內水體來補充，空氣罐在運行的過程中又不允許出現漏空，這就導致了空氣罐容積很大。因此，理論上通過加快管道干線流量減緩的速度，即可減小空氣罐的補水量，已達到縮小空氣罐體積的目的?？梢詮囊韵聝蓚€方面考慮，其一可以加速泵后空氣罐底部壓力的下降，但若泵后空氣罐底部壓力下降過快，管道中駝峰點可能出現負壓；其二可以加速管道末端壓力的上升，此過程中的正壓可加快管道干線流量的減緩速度，而且產生的正壓波可以彌補導致泵后空氣罐水位下降的負壓波，減緩泵后空氣罐內水位的下降，有效地縮小空氣罐容積，同時，管道沿線的最小壓力也可得到相應的提高。相比而言，加速管道末端壓力的上升更具可行性，可通過關閉尾部閥來實現。但是，長距離供水工程尾部閥門的快速關閉極易產生直接水錘，導致管道破壞，但如閥門關閉過慢，管道中流出的水量較多，則起不到減小首端空氣罐容積的效果。

可見，設計一種合理的水錘防護方案，使其既能夠減少首端空氣罐容積，又不產生過大的內水壓力，已成為亟待解決的技術問題。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種既能夠減少首端空氣罐容積又不產生過大的內水壓力的合理水錘防護結構及方法，在滿足調?？刂埔蟮那疤嵯?，可以有效的減少首端空氣罐的總容積，節省工程投資。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的減小空氣罐總容積的水錘防護結構，包括依次連接的壓力前池、輸水管道和出水池，所述輸水管道靠近壓力前池的一端安裝有水泵和首端空氣罐，所述輸水管道靠近出水池的一端安裝有自動控制閥門，所述自動控制閥門前部的輸水管道上安裝有尾端空氣罐。

具體地，首部空氣罐靠近水泵，尾部空氣罐靠近末端自動控制閥門，首部空氣罐的體積大于尾部空氣罐體積。

本發明同時提供一種減小空氣罐總容積的水錘防護方法，是在壓力前池與出水池之前連接輸水管道，并在輸水管道上依次安裝水泵、首端空氣罐、輸水管道、尾部空氣罐和末端自動控制閥門，所述尾部空氣罐配合末端自動控制閥門的關閉與首端空氣罐共同防護輸水系統的水錘壓力。

具體地，輸水管道末端自動控制閥門接收水泵斷電信號后，自動按照預設的關閉規律快速關閉。

具體地，首部空氣罐靠近水泵，尾部空氣罐靠近末端自動控制閥門，首部空氣罐的體積大于尾部空氣罐體積。

具體地，尾部空氣罐與輸水管道的連接管的管徑小于輸水管的管徑。提高尾部空氣罐的孔口阻抗作用。