输水管道排气阀的增设_第1页
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文档简介

1/7输水管道排气阀的增设尚庆海王庆民一、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。2/7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/S,泵站前500M有一高岗,高程185,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。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。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3/7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。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,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P1PSIN1式中P气泡受水的浮力、式得3C平衡常数式说明,在恒定流条件下,气泡直径与管道俯角的正弦4/7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。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),这个截面为以H为高的弓形)5/7NVPPIS1G10S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计算为VR3,SR2。对前例中DN800管道,当V/S时,所受推力按式计算6/7P402KG2G所受浮力按式计算P1PSIN1000SIN当PP1时ARCSIN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7/7PPSIN确定,计算流速取平均值为宜;2管道实际俯角小于计算角度时

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