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水利工程论文-输水管道排气阀的增设.doc

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水利工程论文-输水管道排气阀的增设.doc

水利工程论文-输水管道排气阀的增设一、前言输水管道,主要指水源至净水厂或净水厂至配水管网的管道。由于输水管道负担全系统供水,且压力较高,所以它的安全运行问题始终被从水部门和设计部门所重视。输水管道常见的事故是爆管,引起爆管的原因主要有:温度应力、管材质量、施工质量、地质构造和水锤等。管道中的气囊虽然不能直接造成水锤,但可借助水锤造成危害。本文就如何在输水管道上设置排气阀,避免气体聚集成气囊进行探讨。二、实例及分析在地形起估地段,要求输水管道的最高点设排气阀,但实际运行中,许多爆管并未发生在高点或低点,而是发生在高点后的下弯管段,甚至低压管道也发生此类爆管。黑龙江鹤岗的一段管道爆管就是一个典型的例子。鹤岗市属低山丘陵区,净水厂与送水泵站分建,二者相距5公里,净化水靠重力流送至送水泵站,净水厂清水池高程210m,送水泵站清水池高程185m,输水管为DN800连续铸铁管,平均流速1.0m/s,泵站前500m有一高岗,高程185(见图一),高岗的最高点有一排气阀,但排气阀后50m处,多次发生爆管事故,后来在爆管处加装了一双口排气阀,几年来,两排气阀间没再爆管,只在新装排气阀后10m处发生过一次爆管。从这个例子看,爆管与管中的气体有关(安排气阀后无爆管)。下面对管道中气囊的形成过程和它的受力情况进行分析:1.气体的聚集及平衡在正常情况下,管道中的水流可近似地看成是恒定流(压力、流速、温度不变)。在这种状态下,水中的气体要逐渐地析出,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。在上坡段,由于浮力的作用,气泡流速可能大于水流速。因管壁有一定粗糙度,各气泡运动方向相同,很难聚集成大气泡。小气泡沿管壁一定宽度向前流动,经过最高点排气阀时,排气管直径内的气泡有条件排出,而其他气泡靠水流的推力向下游流去。由于管壁处的紊流和流速和切线特性,使一些经过排气管的小气泡越过排气孔也向下游流去(见图二)。越过排气阀的气泡顺坡而行,运动方向与气泡所受浮力的分力P1方向相反(见图三),这个浮力合力产生的阻力,必然使气泡运动的速度减慢,后序气泡容易撞击前面气泡而全成大气泡,大气泡产生大的浮力。浮力分力P1=PSinα(1)式中:p--气泡受水的浮力(P=1/6πd3·P)P--水的容重d--气泡直径α--管道的俯角气泡受水流的推力为P`V2p'=-----.S(2)2g10V2式中:-----

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