一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构及方法与流程

本发明涉及一种减小单向稳压塔体积的水锤防护结构及方法，尤其涉及一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构及方法。

背景技术：

1、长距离输水工程是解决水资源时空分布不均和城市供水不足等问题最直接有效的方式。随着城市的发展和城镇化进程的不断加快，长距离输水工程不断呈现大型化、多支线的发展趋势，工程安全问题也日益突出。水泵抽水断电或阀门突然关闭均会产生水锤，强烈的水锤压力波动可能使输水管道发生变形、破裂，导致水泵的叶轮受损、轴弯曲，阀门的密封件损坏等，威胁输水系统的安全。

2、通常会在输水工程中安装相应防护装置进行水锤防护，当前主流的水锤防护装置包括空气罐、稳压塔等。

3、空气罐是密闭的高压容器，其上部为高压气体，下部为水体，底部通过短管与主管，是长距离输水系统中一种常见的水锤防护措施。由于空气罐可借助高压气体快速向管道中补充水源的特性，主要用于防护水泵掉电后产生瞬时负水锤。

4、单向稳压塔是一种防止管道降压的水锤防护措施，由简单调压室、注水管、逆止阀等部件组成。当输水系统正常运行时，逆止阀保持关闭状态，当泵站发生事故停泵时产生的降压波迅速向泵后传播，使得管道压力下降，当单向稳压塔底部管道压力下降至其水位以下时，逆止阀开启，单向稳压塔向管道补水，防止其压力降至负压而出现液柱分离。由于其防护特性，单向稳压塔水位可低于底部管道的测压管水头，高度设置比较灵活。

5、长距离输水工程分为单一泵站和多泵站输水该工程。单一泵站发生水泵掉电事故后，可通过关闭管道始末阀门来控制水流状态，使其整体形成封闭系统进而通过防护装置避免水锤破坏。而多泵站输水工程，传统的防护思路与单一泵站相同，即采取整体停水的保守方式使整个输水系统陷入瘫痪进而进行防护。但多泵站同时出现全机组发生抽水断电事故的概率不高，即使某一泵站掉电，其余泵站仍可能具有继续工作的条件，采取整体停水的防护方法会增加水锤防护装置的规模，增加经济成本。

6、特别是单向稳压塔的体积与其补水范围息息相关，传统整体停水的防护方法导致单向稳压塔需要进行防护的输水管道较长，管道越长所需补水量就越大，单向稳压塔的体积就越大，进而增加投资成本和施工难度，也导致运行管理不便。

7、因此，设计一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构及方法，对长距离多泵站输水系统有重要意义。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的是提供一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构及方法，在保证多泵站输水系统安全同时有效地减小单向稳压塔的体积。

2、技术方案：

3、本申请实施例公开了一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构：包括上游蓄水池、首端泵站、中部蓄水池、中部泵站、下游蓄水池、首端空气罐、中部空气罐、单向稳压塔、中部调流阀和末端调流阀，所述首端泵站为主要供水泵站，与下游蓄水池通过输水管道连接，从上游蓄水池抽取水源，通过输水管道输送至下游蓄水池；所述中部泵站为补充水源泵站，位于输水管道中部位置，从中部蓄水池抽取水源后汇入输水管道进行水源补充；所述的输水系统中安装的水锤防护结构为：所述首端泵站出口供水主管上设有首端空气罐、所述中部泵站出口供水主管上设有中部空气罐；输水管道沿线设有单向塔稳压塔，在首端泵站发生抽水断电事故时，迅速向整个管线补充水源；所述中部泵站汇入输水管道的连接点前设有中部调流阀，所述下游蓄水池前设有末端调流阀。

4、优选的，本申请实施例还公开了中部泵站的流量较首端泵站小，相应的中部空气罐体积比首端空气罐体积小，在中部泵站发生水泵抽水断电事故时，中部空气罐独立进行水锤防护。

5、优选的，本申请实施例还公开了单向塔稳压塔设在输水管道沿线最高点，在避免最高点处出现负压的同时起到向管道内补充水源的作用。

6、本申请实施例公开了一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护方法：中部调流阀与末端调流阀结合空气罐与单向稳压塔进行联合水锤控制，两处调流阀阀门接收到泵站断电信号后，自动按照预设的关闭策略联动；当所述中部调流阀关闭后，可从两方面减少管道内需要的补充的水量，进而减小单向稳压塔的体积：其一是将整个输水系统隔离为两部分独立的封闭系统，削减单向稳压塔的补水范围；其二是关闭过程中产生的正压波可弥补水泵发生抽水断电事故产生的负压波，加速管道沿线压力的上升，提高管道沿线的最小压力，减少单向稳压塔的补水量；

7、所述单向稳压塔体积的计算方法：

8、qu=qd + qs

9、式中：qu为稳压塔上游管道出口流量，m3/s；qd为下游管道进口流量，m3/s；qs为进出稳压塔的流量，m3/s。

10、

11、式中：zs为稳压塔水位，m；ht为稳压塔底部测压管水头，m；rt为阻抗孔水损系数；qs为进出稳压塔的流量，m3/s。

12、

13、式中：at为稳压塔面积，m2；d为微分符号；t为单位时间变量，s；zs为稳压塔水位，m；qs为进出稳压塔的流量，m3/s。

14、由zs与at即可计算得到稳压塔的体积：

15、v=zs*at

16、式中：v为稳压塔体积，m3 ；zs为稳压塔水位，m；at为稳压塔面积，m2。

17、优选的，本实施例还公开了关闭策略是在满足输水系统最大压力标准且输水管道沿线不出现负压的情况下，中部、末端调流阀线性、快速地关闭。

18、优选的，本实施例还公开了关闭策略为，若首端泵站单独发生抽水掉电事故，则中部调流阀按照预设的关闭策略关闭，末端调流阀不动作，中部泵站继续补充水源；若中部泵站单独发生抽水掉电事故，则中部调流阀与末端调流阀皆不动作，首端泵站继续补充水源；若首端泵站与中部泵站发生抽水掉电事故，则中部调流阀与末端调流阀皆按照预设的关闭策略关闭。

19、有益效果：本发明利用中部调流阀将长距离多泵站输水系统分隔为独立的不同系统进行水锤防护，有效地隔离水泵与下游蓄水池之间的水锤传播路线，缩小了单向稳压塔的补水范围；同时有效增加了管路内的压力，减少了水锤负压波对整个输水系统的影响，减小了单向稳压塔的补水量，进而显著减小了单向稳压塔的体积，降低了单向稳压塔的施工造价和施工难度。

技术特征：

1.一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构，包括上游蓄水池、首端泵站、中部蓄水池、中部泵站和下游蓄水池，所述首端泵站为主要供水泵站，与下游蓄水池通过输水管道连接，从上游蓄水池抽取水源，通过输水管道输送至下游蓄水池；所述中部泵站为补充水源泵站，位于输水管道中部位置，从中部蓄水池抽取水源后汇入输水管道进行水源补充，其特征在于，所述的输水系统中安装的水锤防护结构为：所述首端泵站出口供水主管上设有首端空气罐、所述中部泵站出口供水主管上设有中部空气罐；所述输水管道沿线设有单向塔稳压塔，在首端泵站发生抽水断电事故时，迅速向整个管线补充水源；所述中部泵站汇入输水管道的连接点前设有中部调流阀，所述下游蓄水池前设有末端调流阀。

2.根据权利要求1所述的减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构，其特征在于：所述中部泵站的流量较首端泵站小，相应的中部空气罐体积比首端空气罐体积小，在中部泵站发生水泵抽水断电事故时，中部空气罐独立进行水锤防护。

3.根据权利要求1所述的减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构，其特征在于：所述单向塔稳压塔设在输水管道沿线最高点，在避免最高点处出现负压的同时起到向管道内补充水源的作用。

4.一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护方法，其特征在于：中部调流阀与末端调流阀结合空气罐与单向稳压塔进行联合水锤控制，两处调流阀阀门接收到泵站断电信号后，自动按照预设的关闭策略联动；当所述中部调流阀关闭后，可从两方面减少管道内需要的补充的水量，进而减小单向稳压塔的体积：其一是将整个输水系统隔离为两部分独立的封闭系统，削减单向稳压塔的补水范围；其二是关闭过程中产生的正压波可弥补水泵发生抽水断电事故产生的负压波，加速管道沿线压力的上升，提高管道沿线的最小压力，减少单向稳压塔的补水量；

5.根据权利要求4所述的减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护方法，其特征在于：所述关闭策略是在满足输水系统最大压力标准且输水管道沿线不出现负压的情况下，中部、末端调流阀线性、快速地关闭。

6.根据权利要求5所述的减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护方法，其特征在于：所述关闭策略为，若首端泵站单独发生抽水掉电事故，则中部调流阀按照预设的关闭策略关闭，末端调流阀不动作，中部泵站继续补充水源；若中部泵站单独发生抽水掉电事故，则中部调流阀与末端调流阀皆不动作，首端泵站继续补充水源；若首端泵站与中部泵站发生抽水掉电事故，则中部调流阀与末端调流阀皆按照预设的关闭策略关闭。

技术总结本发明公开了一种减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔体积的水锤防护结构及方法，提出在首端泵站出口设空气罐、中部泵站出口设空气罐；输水管道沿线设单向塔稳压塔；中部泵站汇入输水管道的连接点前设中部调流阀，下游蓄水池前设末端调流阀。中部调流阀与末端调流阀结合空气罐与单向稳压塔进行联合水锤控制，当输水系统单一泵站出现抽水掉电事故时，调流阀按照预设的关闭规律快速关闭，隔断事故源，削减水锤波的影响，从而缩短单向稳压塔的防护范围，显著减小单向稳压塔的体积。本发明可减小长距离多泵站输水系统单向稳压塔的体积，削减单一泵站掉电对整个输水系统的影响，充分利用多泵站补水的灵活性，在提高供水保证率的同时降低工程造价。技术研发人员：王泽民,于海忠,郎华伟,孙鹤鸣,刘源,王文华,王学坤,李泽群受保护的技术使用者：唐山市曹妃甸供水有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2