长距离输水工程首次灌水流量研究.doc

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资源描述

1、长距离输水工程首次灌水流量研究摘要:随着城镇化的建设与发展,长距离输水工程解决了城市附近水源短缺的问题,但在长距离输水管线工程在首次试通水过程中,经常会出现漏水,爆管的问题。究其原因,除了设计、施工等影响因素外,还有在首次运行时的操作问题。如果操作得当,输水工程会正常运行。在首次灌水过程中,最重要的参数是灌水流量,灌水流量过大,会因积气产生大气泡、气堵,水力条件发生较大的变化,并诱发水锤,造成输水管线破坏的安全事故。如果灌水流量过小,灌水时间会长达几个月。因此,要确定合适的灌水流量。采用理论分析的方法,根据输水管道的气泡受力分析推导出积气流量公式,当灌水流量小于积气流量,就可以防止管道积气,并

2、安全高效地完成首次通水的任务。 关键词:长距离输水工程;首次通水;灌水流量 中图分类号:TV672+.2 文献标识码: A 文章编号: 1 积气流量 输水管线在首次灌水时,水中的部分气体会逐渐地析出,形成大小不等的气泡上升到管壁,气泡按水流流速向前运动。当气泡顺坡流动时,如图 1,运动方向与气泡所受浮力的分力方向相反,浮力产生的阻力,必然使气泡运动的速度减慢,后续气泡容易撞击前面气泡而形成大气泡,大气泡产生大的浮力,当浮力大于水流的推力,大气泡受力会回到高点排气阀处排出,而不会流到下一管段;当浮力小于水流推力,大气泡受力向下游管段聚集,在顺坡底部产生气堵或气塞,影响输水安全。 当大气泡在顺坡管

3、段时,某一流量产生的推力与浮力分力相等时,称为积气流量。当灌水流量小于积气流量 管道内的大气泡会聚集在顺坡管顶部,由排气装置排出,而不是带到输水管线的下游,可能产生气堵。 图 1 大气泡受力分析 2 积气流量推导 在管道中的大气泡,由于表面张力的作用,大气泡以椭圆球形存在。根据一些爆管的经验,当大气泡高度达到管道半径 1/2 是爆管的危险点,即是大气泡的临界点。根据大气泡的椭圆球体积 V 和椭圆形断面积 A 与管线半径 r 的计算关系: 椭圆面积公式为 (1)式中 a、b椭圆断面长半轴及短半轴长度(m)。椭球体积公式为 (2)式中 c椭球高的半轴长度(m)。对大气泡的推力为: (3)式中水流推

4、力(N);水流平均流速(m/s);受力截面面积(m2);密度(kg/m3)。对大气泡的浮力为 (4)式中 浮力分力(N);重力加速度(m/s2);V大气泡体积(m3);管线与水平线夹角()。当浮力等于推力时,大气泡稳定在顺坡管段中,即 P2=P1,根据式(1)、(2),化简得浮力等于水流推力的平均流速 (5)于是,积气流量为 (6)式中 r管道半径(m);管线与水平线夹角(),0。从式(6)可看出,积气流量与输水管道的半径以及坡度相关。输水管线灌水流量的选择小于积气流量,则大气泡受到浮力作用上升到输水管线的上游,可由排气装置排出输水管线,否则大气泡随水流进入输水管线下游,堆积在管段中成为大的大

5、气泡,甚至气堵,威胁输水管线安全。 3 工程应用 哈尔滨磨盘山水库长距离输水工程总长约 180 公里,双管输水,管径为 DN2200,应用重力有压流供水,其最小顺坡的坡度为 0.003,在首次灌水时,采用积气流量推导出灌水流量,根据式(6),则磨盘山长距离输水管线的积气流量为 : m3/s 上式中,管道半径为 1.1m,因管道坡度较小,sintg=0.003。经分析,磨盘山水库长距离输水工程的积气流量为 0.56 m3/s,为安全起见,实际工程中的灌水流量小于此数值,灌水流量采用 0.50 m3/s,控制水库闸板的开启度和输水管入口处的阀门开度,保证灌水流量为 0.50m3/s。首次灌水及运行

6、过程中,没有出现水锤现象也证明管道内的气体已排出,没有产生大气泡。 4 结语 长距离输水工程首次运行时,灌水流量可根据推导出积气流量进行确定。当灌水流量小于积气流量时,顺坡管段的大气泡可以被浮力推到上游峰点,气体由空气阀排出,大气泡不会被水流带到下游,形成气囊或气堵,保障了长距离输水工程的运行安全。 参考文献 1 赵小利,高双强,吴 钊,李文奇.长距离重力流压力输水工程水锤防护设计探讨.水利与建筑工程学报.2012,10(3):88-91 2 张小平.为防止水锤现象长距离输水系统设计. 中 国 水 运.2012,12(10):177-178 3 倪治斌. 长距离管道输水工程设计探讨. 水科学与

7、工程技术, 2010, ( 2) : 86- 88. 4 杨玉思, 李树军, 辛亚娟. 长距离大管径重力流输配水管道水锤防护方法探讨. 给水排水, 2008, 34( 10) :121- 125 5 金锥, 姜乃昌, 汪兴华. 停泵水锤及其防护. 第二版. 北京:中国建筑工业出版社, 2004:1316 6 陈涌城, 张洪岩. 长距离输水工程有关技术问题的探讨. 给水排水. 2002,28 (12):14 7A. Lai, K.F. Hau, R. Noghrehkar. Investigation of Waterhammer in Piping Networks with Voids Containing Non-condensable Gas. Nuclear Engineering and Design. 2000,(197):6174 8A. Khamlichi, L. Jezequel, F. Tephany. Elasticplastic Water Hammer Analysis in Piping Systems. Wave Motion. 1995,(22): 279295

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