长距离输水管道水锤防护技术措施-长安大学王彤2024-5-22.pdf

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1、节能长距离输水管道水锤防护技术措施长距离输水管道水锤防护技术措施20242024-5 5-17 17 广州广州长安大学 王 彤管网运维论坛管网运维论坛20242024给水大会给水大会长距离输水工程概述第一章水力过渡计算模型目录Contents第二章第三章长安大学水锤防护科研进展第四章第五章最优防护技术措施长输管道水锤常用防护技术措施1、长距离输水工程概述、长距离输水工程概述1.1 长距离输水工程项目发展较快的原因长距离输水工程项目发展较快的原因 国家南水北调国家南水北调省级调省级调水水生态补水生态补水 城市供水城市供水城市附近地表水源污染城市附近地表水源污染地下水超采、水位地下水超采、水位下降

2、下降保护涵养地下水保护涵养地下水南水北调工程1.2 长距离输长距离输水的主要方式水的主要方式明渠或天然河道、隧道，大型引调水，明渠或天然河道、隧道，大型引调水，如南水北调如南水北调、陕西引、陕西引汉济汉济渭、安徽引江济淮渭、安徽引江济淮暗渠暗渠（如西安黑河引水）（如西安黑河引水）压力管道（主要输水方式）压力管道（主要输水方式）1.3 长距离压力输水管道工程技术要点长距离压力输水管道工程技术要点 优化设计优化设计 管道安全技术管道安全技术 管道排气技术管道排气技术长安大学金锥教授专著长安大学金锥教授专著20042004年年11 11月第二版月第二版19931993年年2 2月第一版月第一版程技术

3、规程程技术规程主要起草人：长安大学杨玉思教授（排名主要起草人：长安大学杨玉思教授（排名1 1）2、水、水力过渡计算模型力过渡计算模型水锤基本微分方程式的推导水锤基本微分方程按弹性水柱水锤基本微分方程按弹性水柱理论用理论用运动方程式运动方程式和和连续方程式连续方程式表示：表示：连续方程式连续方程式：+(+)+2=0运动方程式运动方程式：+1+2=0H管路中B点的水头(m);f管路摩阻系数;V管内流速(m/s),其正方向为流向阀门管路与水平面间夹角;a水锤波传播速度(m/s);x位置坐标，其正方向为指向阀门。牛顿第二定律牛顿第二定律质量守恒定律质量守恒定律运动方程102V VHVVVfxgtgxD

4、g2sin0HHVVtxgx连续方程特征线方程：02dHa dVafV Vdtg dtgDCdxadt02dHa dVafV Vdtg dtgdCdxadt 水力过渡方程水力过渡方程有限差分方程式简化的特征线方程位置-时刻坐标图水锤计算目标：水锤计算目标：1.在停泵水锤的暂态过程中在停泵水锤的暂态过程中，泵站及管路中流量泵站及管路中流量Q Q，水头水头H H，机组机组转速转速N N及轴及轴上转矩上转矩M M等基本参数随时间等基本参数随时间t t而变化的规律以及它们的极值而变化的规律以及它们的极值。2 2.在输水管路中开始产生水柱分离的地点和时刻在输水管路中开始产生水柱分离的地点和时刻、断流空间

5、断流空间（大空腔大空腔）的的大小大小、两分离水柱相互碰撞的时刻两分离水柱相互碰撞的时刻以及弥合以及弥合水锤的升压值水锤的升压值。3 3.停停泵水锤危害泵水锤危害预测以及预测以及可能采用可能采用的防护的防护措施及技术经济效果措施及技术经济效果。4 4.停停泵水锤泵水锤暂态下暂态下，对水泵机组及管路等主要设备的机械强度校核与评价对水泵机组及管路等主要设备的机械强度校核与评价。5 5.找出经济合理的水锤防护措施找出经济合理的水锤防护措施，以保证泵站以保证泵站，管道运行安全管道运行安全。2.1 2.1 常见两种水力计算模型常见两种水力计算模型2.1.1 虽然发生水柱中断现象，均按虽然发生水柱中断现象，

6、均按不断流不断流水锤计算，即水锤计算，即无断流水锤无断流水锤计算数学模型计算数学模型。2.1.2 发生水柱中断均按发生水柱中断均按水柱中断水锤模型水柱中断水锤模型计算，我们称为计算，我们称为断流水锤断流水锤计算数学模型计算数学模型。实践证明：对于长距离输水，管线起伏大、突变点多，运行中管内实践证明：对于长距离输水，管线起伏大、突变点多，运行中管内压力变化大，在停泵水锤的压力变化大，在停泵水锤的暂态过程中暂态过程中，管道系统，管道系统易产生水柱分离易产生水柱分离并形成并形成断流弥合水锤升压断流弥合水锤升压，且多处断流弥合水锤叠加后，压力很大。，且多处断流弥合水锤叠加后，压力很大。所以所以在进行水