常见管道系统水锤与防护

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1、常见管道系统水锤与防护城市供水管网城市热水供热网工业循环冷却系统长距离输送（水、油、气）管网城镇大型排水泵站一城市供水管网复杂管系水锤与防护城市供水管网供水管系：组成：管道、阀门、调压室、水池（库）、水泵等元件水锤计算：特征线法内外边条：计算各个元件任一时刻的边界条件和每一管道内计算断面水头和流量初条：特征线法计算管系恒定流动关键问题：管线信息图、信息存储方法需灵活简单城市供水管网——水锤计算一、定常系统的解（《瞬变流》11章）1、管网定常流求解形式（1）单回路平衡、单节点平衡（利用HardyCross法）（2）联立的回路平衡（多回路方程联立）（3）联立的节点平衡（多节点

2、方程联立）2、计算模型对不到100根管子的小系统，利用HardyCross法——平差Todini和Pilati（1987）梯度法、Osiadacz（1987）牛顿环节点迭代法——如何替换迭代节点水压上有所区别EPANET计算模型EPANET采用Todini（1987）梯度法——基于节点水压法的流量修正原则：事先假定的流量可能不满足节点流量平衡——修正控制方程：节点水压方程AH＝F、节点流量连续性方程（修正方程）AH＝F：A（N×N）雅可比矩阵H（N×1）未知节点水头F（N×1）节点流量不平衡的修正系数计算方法：估算每个管段的初始流量（基于经济V→Q，Qpump用设计值假设

3、），误差导致节点流量不平衡用特征线法计算恒定流定常状态下特征线方程第二项为零即可与特征线法统一管道水头流量仅与常数和边界条件有关，与B无关城市供水管网——水锤计算二、索引（《瞬变流》11章）定义：一种整型数组，将系统的几何形态和性能按特定数字型进行描述，使程序能够有效的求解各种边界条件。节点类型的明显特征是：有任意数目的输入和输出管路，以及一个出流口或水库编码规则：（±节点编号；±管道数目；±管道1编号；±在节点处的管道1截面编号；±管道2编号；±在节点处的管道2截面编号……）→这个索引用来为带有双标号的流量和压头作标记；城市供水管网——水锤计算二、索引——节点类型规则普

4、通节点：节点＋，管道数目＋出口端Q(t)已知：节点＋，管道数目-水库：节点－，管道数目＋阀门：节点－，管道数目－——只能进行简单信息的存储城市供水管网大型复杂管网——拓扑学线性图（有向图）：节点、支路（标明支路参考方向）支节关联或节支关联数据结构（参考）节点类型：一维数组普通节点、恒压节点、空气阀、阀门或水嘴、水泵……节支关联：四个一维数组：关联支路编号、支路参考方向代号、与节点关联的支路数、第一个关联支路编号在编号数组中的位置——适合复杂管路！二城市热水供热网热水供热网背景：集中供热系统系统：热网依靠泵作为传输动力，闸门控制管路流量；循环管路工况：断电、停泵、关阀、热负

5、荷变化事故：管道剧烈振动、保温层脱落、补水箱和高位膨胀管大量冒水、毁坏设备管道、威胁系统安全发展趋势：热源单位热容量增加，危险性增加大管径、长距离的大规模增压泵站系统大量调节阀、闸板阀增加了系统的复杂性热水供热网诱发水锤的常见工况阀门的正常启闭正常或事故停泵泵或阀门的机械故障一、二级系统流量不匹配，使二级水过热，引起流量变化、压力波动空泡形成和溃灭：高温水在管中汽化后向锅炉加水，水温降低并充满蒸汽管道，诱发空泡溃灭水锤热水供热网水锤计算热网管道系统的索引和编码水锤基本方程系统气液两相流边界条件管道中单泵边界：停泵边界（水头平衡、转动惯量方程）、启泵边界（水头平衡）调节阀：

6、正、反向流的孔口方程管道并串联：管道串联接点、分叉管、短管接头（集中惯性）热水供热网水锤计算边界条件热用户边界：能量方程、连续方程、孔口方程联立得正、反向流的孔口方程（P205～206）水加热器边界：进、出水室（集中流容）、散热管（当量管）热电厂供热模型热电厂供热模型热水供热网分析工况主供水管阀门关闭、设计缓闭、延迟停泵主供水管阀门关闭循环泵突然停泵无旁通管、有旁通管补给水泵故障，输水量减少断电工况用户热量减少或增加15％供热管网模型热水供热网计算结果热水供热网水锤防护根据计算结果合理调度可控缓闭逆止阀调压罐进、排气阀三循环冷却系统核电站冷却塔燃煤电厂工艺流程火力发电厂冷

7、却系统循环冷却系统工艺管线循环冷却系统及配水系统冷却过程冷却塔配水喷淋管网双竖井日字型内外分区配水单竖井内外分区配水火电厂循环冷却系统冷却塔集水池→进水前池→循环泵房→压力母管→凝汽器→循环水回水管→上塔配水管→喷头出口计算简图火电厂开式冷却水系统进水前池→循环泵房→循环水压力母管→凝汽器（水-水热交换器）→循环水排水沟→排水口计算简图开式循环水管道系统的简化系统边界处理凝汽器边界：集中流容和当量管循环泵、可控逆止阀边界集水池边界分岔管边界水柱分离与弥合边界核电厂美国14年间报告67起压水堆核电厂的水锤事件：一回路13％，二回