有关长距离输水工程水力过渡过程研究

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1、有关长距离输水工程水力过渡过程研究　　摘要：随着社会经济水平的不断提高，我国水利建设获得了长足的发展，其中，长距离输水工程以其重要的社会意义和经济价值获得了业内外人士的普遍关注。本文将结合实例对长距离输水工程水力过渡过程进行分析，以便参考。关键词：长距离输水工程；水利过渡工程；分析中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：工程概况某水库输水工程（辽宁省境内），输水管道全长共计222.898公里，途经6市。该工程属于长距离输水工程，同时还具有大流量以及低扬程的特点，整个输水系统被设计为压力密闭式系统。泵站上游部分利用有压重力原理进行水流的输送

2、，在整个输水管线上共设置了6个配水站以实现对多个城市的配水，因而管线沿途流量呈现出不断减少的趋势。其取水头部和输水洞直接相连，不仅设有拦污栅、电动吊车，还设有检修闸门以及工作闸门。输水洞、配水站之间的主要设施如下：1）调流阀；2）流量计；3）电动蝶阀；4）稳压塔和液控蝶阀；5）排气阀；6）泄水阀[1]。8在有压管道输水工程中，应用水力学非恒定流理论可知，输水系统启停时，系统中的阀门也会随之发生相应的短暂启停，如此一来，便会造成水击的问题。此过程中，管中流速一旦发生剧烈波动（受某些外界因素影响），将会导致水体压强发生大幅变化，继而对管壁、阀

3、门以及其它各种管路元件造成强烈冲击，轻微时，可能造成相关元件的毁损，严重时，将会造成管道爆裂，影响整个输水工程的安全及正常运营。由此可见，针对水击过渡过程展开分析、研究具有非常重要的现实意义。2.水力过渡过程物理模型选择本文将采用一维瞬变流模型对水力过渡过程（或者称之为水击作用）展开数值研究。其中：1）V—水体流速；2）H—测压管水头；3）a—水击波波速，取值1000m/s2；4）g—重力加速度，取值9.81m/S2；5）x—沿输水管道方向；6）t—时间；7）D—输水管道直径；8）α—输水管道的坡度；9）λ—沿程阻力系数，取值8g/C2。

4、该控制方程属于常规的双曲线方程，采用特征线—有限差分法展开离散求解。8该系统管线，不仅包括水库、稳压塔，还包括净水厂、加压泵站，除此之外，还涉及输水涵洞和管路的良好衔接问题，因此，方程的边界条件显得尤为复杂，主要取以下几点：1）水头部；2）管路分叉；3）管路合并；4）稳压塔；5）净水厂；6）加压泵站。边界节点的定解关系可通过能量守恒定律和质量守恒定律进行确定，换而言之，在边界节点流量之和与水头流量相等。水泵过流量和泵扬程的彼此关系，可用如下数学方程予以表示[2]：其中：1）Hs—水泵断流水头；2）Q—水泵过流量，通过泵后蝶阀在某时间点t的

5、开度τ确定。3.基本方案及相关参数对长距离输水工程的管道系统进行设计时，一般将以下两个设计指标列为重点考虑对象：1）管道中将会产生的最大压力水头，其数值受管壁强度限制，要求实际最大压力水头不可超过试验压力1.1Mpa；2）管道中将会产生的最小压力水头。如果出现负压，且小于水体蒸汽压力时，那么将会导致水体发生局部汽化反应，给管壁带来不利的影响。在工程设计中，一般认为管道中的负压应控制在0.7～0.8个标准大气压以上。在水泵启停时，管道中水击压强的大小将会受到阀门关闭方式及关闭时间Ts的明显影响，所以，在工程设计中，主要通过延长阀门调节时间的

6、方式，来实现对水击压强的有效控制。本文通过数值计算结果，对最优阀门关闭方式进行选择，将水击压力符合设计标准。可供选择的控制阀启闭方案见表1[3]。8表1泵后控制阀启闭方案根据本输水系统布置方案，对6种系统运行方案（见表2）进行水力过渡过程的计算及分析，分别是：1）以最大供水量对加压站上游各城市进行供水的5种系统运行方案；2）全系统正常运行方案。各运行方案的加压泵机组详细配置见表3[4]。表2系统运行方案104m3/d表3各运行方案机组配置4.计算结果及其分析对上述6种管道系统进行工况分析，并对其水力过渡过程进行数值分析，得出以下重要内容：

7、1）测压管水头包络曲线；2）各稳压塔水位；3）各稳压塔溢流量。以加压站上游各市为最大供水量、鞍山下游为最不利工况1泵组全部开启运行为例，对相关数值进行优化计算后，确定采用180s线性开启方式以实现对泵后蝶阀的开启控制，开启时，管道内测压管水头包络曲线如图1所示[5]。图1测压管水头包络曲线8由图1可知，在管道内，水锤正压最大值为97.65m，水锤负压最大值为-6.16m，符合工程安全设计标准。对计算进行分析，得出如下几条结论：1）适当延长阀门的启闭时间，能够明显降低水击波的冲击力，实现对水头的最大正压力及最大负压力的有效控制；2）不同阀门

8、启闭方式将会造成不同大小的水击波强度。整体而言，阀门开启过程中，快速开启方案通常好于缓慢开启方案，而阀门关闭过程中，缓慢关闭方案则大多好于快速关闭方案；3）对于鞍山上游各市最大供水量情况下的鞍