土木工程毕业论文输水管道排气阀的增设.doc

土木工程毕业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=PSin(1)式中：p气泡受水的浮力（P=1/6d3P)P水的容重d气泡直径管道的俯角气泡受水流的推力为PV2p=.S(2)2g10V2式中：流速压强（Kg/cm2)2g10S气泡最大截面积（S=1/4d2)V水流速（m/s)当P1P时气泡受力达到平衡而静止在管道中联立（1）、（2）式得3d.Sin=10.4p.gC平衡常数式（3）说明在恒定流条件下气泡直径与管道俯角的正弦成反比当dSinC时气泡向上移动2.管道中气囊的形态前述气泡平衡问题时假定了气泡为直径等于d的球形这只能近似地形容微小气泡实际上当气泡达到一定体积且上升到管壁成为气囊由于表面张力的的作用它将以半椭圆形状存在（见图四）随着气泡逐渐长大气泡的形状将受水流推力、重力和管道形状控制在长度方向伸长较大在横向成弓形根据模拟测量气囊的长L与高h的关系为：115h3.气囊受力分析及临界位置根据水利学原理气囊在管道内平衡时所受水流的推力等于垂直于水流的截面所受的压力（见图五（1）这个截面为以h为高的弓形（见图5（2）nV2p=pi=.S（5）12g10S弓形在积气囊能引起爆管是由于快速开关阀门或水泵起停使管道出一了大的压力增值气体的可压缩特性使应力集中到气囊产生高压而爆管根据一些爆管的经验气囊高度达到管径四分之一是爆管的危险点也就是气囊的临界点这时气囊的体积和断面积简单为：V0.5r3S0.2r2对前例中DN800管道当V=1.0m/s时所受推力按（5）式计算：1.02p0.2.402=5.124(Kg)2g所受浮力按（1）式计算P1=PSin=0.50.431000Sin=100.5Sin当P=P1时5.214=arcSin=2.92100.5该俯角与实测爆管点俯角基本吻合三、结论1.输水管道下坡段必须增设排气阀具体位置由式P=PSin确定流速取平均值为宜；2.管道实际俯角小于计算角度时排气阀应设在下弯曲线与直线的交点处；3.为使管内气体尽早排出而不形成气囊下弯管线与直管线的交点均应设排气阀；4.本文所增设的排气阀不能取代最高点排气阀 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=PSin(1)式中：p气泡受水的浮力（P=1/6d3P)P水的容重d气泡直径管道的俯角气泡受水流的推力为PV2p=.S(2)2g10V2式中：流速压强（Kg/cm2)2g10S气泡最大截面积（S=1/4d2)V水流速（m/s)当P1P时气泡受力达到平衡而静止在管道中联立（1）、（2）式得3d.Sin=10.4p.gC平衡常数式（3）说明在恒定流条件下气泡直径与管道俯角的正弦成反比当dSinC时气泡向上移动2.管道中气囊的形态前述气泡平衡问题时假定了气泡为直径等于d的球形这只能近似地形容微小气泡实际上当气泡达到一定体积且上升到管壁成为气囊由于表面张力的的作用它将以半椭圆形状存在（见图四）随着气泡逐渐长大气泡的形状将受水流推力、重力和管道形状控制在长度方向伸长较大在横向成弓形根据模拟测量气囊的长L与高h的关系为：115h3.气囊受力分析及临界位置根据水利学原理气囊在管道内平衡时所受水流的推力等于垂直于水流的截面所受的压力（见图五（1）这个截面为以h为高的弓形（见图5（2）nV2p=pi=.S（5）12g10S弓形在积气囊能引起爆管是由于快速开关阀门或水泵起停使管道出一了大的压力增值气体的可压缩特性使应力集中到气囊产生高压而爆管根据一些爆管的经验气囊高度达到管径四分之一是爆管的危险点也就是气囊的临界点这时气囊的体积和断面积简单为：V0.5r3S0.2r2对前例中DN800管道当V=1.0m/s时所受推力按（5）式计算：1.02p0.2.402=5.124(Kg)2g所受浮力按（1）式计算P1=PSin=0.50.431000Sin=100.5Sin当P=P1时5.