本發(fā)明涉及長(zhǎng)距離輸水工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種長(zhǎng)距離重力流輸水工程，用于減小系統(tǒng)管道中最大水錘壓力的結(jié)構(gòu)裝置。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)距離輸水工程是緩解我國(guó)水資源時(shí)空分配不均勻的有效手段之一，然而長(zhǎng)距離輸水工程距離長(zhǎng)，水力條件復(fù)雜。發(fā)生事需緊急事故時(shí)需緊急關(guān)閉閥門，管道中極易產(chǎn)生水錘壓力，當(dāng)壓力超過管道承壓標(biāo)準(zhǔn)時(shí)發(fā)生管道破壞。當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，開閥時(shí)產(chǎn)生的負(fù)水錘會(huì)使管線中某些部位的壓力降至蒸汽壓力以下，產(chǎn)生水柱分離，分離后的水柱彌合時(shí)發(fā)生撞擊，產(chǎn)生巨大的彌合水錘。水柱彌合壓力一般較大，嚴(yán)重時(shí)將破壞管道結(jié)構(gòu)，危及輸水系統(tǒng)的安全。

現(xiàn)有工程中常用的水錘防護(hù)措施主要有空氣閥、空氣罐等方法。在工程實(shí)例中，空氣閥雖然對(duì)防護(hù)負(fù)壓起到了一定的效果，但是遠(yuǎn)不能解決事故過程中的水柱分離及其再?gòu)浐蠁栴}，而且管道進(jìn)氣后，對(duì)系統(tǒng)的安全也造成較大的威脅。另外，空氣閥對(duì)于正壓力沒有防護(hù)作用?？諝夤拮鳛橛行У乃N防護(hù)措施，在大中型的泵站輸水系統(tǒng)中得到了良好的應(yīng)用，但其造價(jià)昂貴，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。

基于上述問題，本發(fā)明旨在提供一不改變輸水系統(tǒng)的主體工程、造價(jià)低、易安裝、易更換的水錘防護(hù)結(jié)構(gòu)裝置，該裝置能有效緩解水錘壓力，保障供水管道系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：水錘壓力破壞能力強(qiáng)，超過承壓標(biāo)準(zhǔn)時(shí)會(huì)對(duì)輸水管道、水泵、閥門各個(gè)部分造成不可計(jì)量的危害，是目前長(zhǎng)距離輸水工程面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的問題，也是亟待解決的一個(gè)問題。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種可以減小管道水錘壓力的同時(shí)又能降低系統(tǒng)投資的一種結(jié)構(gòu)裝置：一種新型氣囊式壓力防護(hù)裝置，在滿足調(diào)?？刂埔蟮那疤嵯拢梢杂行Ч?jié)省工程投資。

技術(shù)方案：為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種長(zhǎng)距離輸水工程中減小管道內(nèi)水錘壓力的防護(hù)裝置：氣囊式壓力防護(hù)裝置，裝置包括圓柱形密封金屬外殼、氣囊式內(nèi)膽、氣壓監(jiān)測(cè)器、固定管夾以及連接法蘭。金屬外殼內(nèi)安裝有氣囊，管道上游連接壓力前池，下游側(cè)為出水池，靠近出水池安裝有自動(dòng)控制閥門。

具體地，該裝置兩端各安裝有連接法蘭和一小段鋼管，其中鋼管與輸水管道直徑相同，便于該裝置在輸水工程中快速安裝和拆卸，并有效防止連接處漏水。

具體地，固定管夾起到固定氣囊兩端的作用，并可有效防止氣囊和鋼管連接處漏氣和漏水。

具體的，水體可通過氣囊內(nèi)部穿過裝置。圓柱形金屬外殼與內(nèi)部氣囊式內(nèi)膽之間充滿氣體，該裝置依靠氣體的壓縮和膨脹特性來控制斷面積的大小，反射水錘波，降低關(guān)閥時(shí)的壓力上升及開閥時(shí)的壓力降低，保證供水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

具體的，圓柱形密封金屬外殼設(shè)有氣體壓力監(jiān)測(cè)裝置，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)氣壓的變化。

具體的，輸水管道末端自動(dòng)控制閥門接收關(guān)閥信號(hào)后，自動(dòng)按照預(yù)設(shè)的關(guān)閉規(guī)律采用線性規(guī)律快速關(guān)閉。

下面以重力流輸水工程發(fā)生緊急事故關(guān)閉閥門及運(yùn)行時(shí)開啟閥門為例，說明該氣囊式壓力防護(hù)裝置的發(fā)明原理和效果。

目前輸水工程中常規(guī)的閥門關(guān)閉方法為一段直線關(guān)閉，當(dāng)輸水管道較長(zhǎng)時(shí)，此方法極易產(chǎn)生較大的水錘壓力，管道越長(zhǎng)，產(chǎn)生的直接水錘越大。設(shè)置壓力防護(hù)裝置，可在管路中形成反射條件，縮短壓力傳播路徑的長(zhǎng)度，從而減小最大水錘壓力，故本發(fā)明提供一種反射水錘波的氣囊式壓力防護(hù)裝置。當(dāng)輸水系統(tǒng)發(fā)生事故需要快速關(guān)閉閥門時(shí)，下游側(cè)閥門關(guān)閉，此時(shí)閥門前端會(huì)產(chǎn)生較大的水錘壓力。水錘壓力沿輸水管道向上游傳遞，當(dāng)壓力波傳遞至氣囊式壓力防護(hù)裝置時(shí)，壓力波在此處反射，有逆向升壓波變?yōu)檎蚪祲翰ǎ瑐鬟f回下游。當(dāng)降壓波傳遞至閥門前端時(shí)，可有效緩解水錘壓力的上升。閥門關(guān)閉時(shí)，上游側(cè)水流在慣性作用下向下游流動(dòng)，當(dāng)壓力傳遞至防護(hù)裝置時(shí)，在水壓作用下氣囊發(fā)生膨脹，壓縮外部空氣，氣壓上升。膨脹后的氣囊存儲(chǔ)一部分水體，進(jìn)一步減輕下游的水錘壓力。

當(dāng)輸水系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，閥門開啟，閥門前端會(huì)產(chǎn)生負(fù)水錘壓力，負(fù)壓沿輸水系統(tǒng)向上游傳遞，在防護(hù)裝置出發(fā)生發(fā)射，變?yōu)檎N傳回至閥前，改善閥前負(fù)水錘壓力，不至于產(chǎn)生液柱分離及汽化現(xiàn)象。閥門開啟過程中，負(fù)水錘傳至氣囊時(shí)，外部氣體壓力與氣囊彈性力大于水體壓力，氣囊開始收縮，囊內(nèi)水體向下游管道補(bǔ)給，可進(jìn)一步緩解水錘壓力的降低。

當(dāng)輸水系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，在水體靜壓下氣囊略微出現(xiàn)膨脹，此時(shí)水體壓力及水體本身重力與氣囊下游側(cè)伸縮壓力及氣體壓力之和相等。

附圖說明：

圖1為未運(yùn)行時(shí)氣囊式壓力防護(hù)裝置示意圖；

圖2為系統(tǒng)開閥時(shí)氣囊式壓力防護(hù)裝置示意圖；

圖3為系統(tǒng)關(guān)閥時(shí)氣囊式壓力防護(hù)裝置示意圖；

圖4為連接法蘭左視圖；

圖5為連接法蘭右視圖；

圖6為實(shí)施例中長(zhǎng)距離輸水系統(tǒng)布置示意圖；

圖7為兩種計(jì)算工況下閥門前端壓力對(duì)比圖。

圖中標(biāo)記為：壓力前池1，輸水管道2，金屬外殼3，氣囊式內(nèi)膽4，氣壓檢測(cè)裝置5，固定管夾6，連接法蘭7，鋼管8，自動(dòng)控制閥門9，出水池10。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：本實(shí)施例應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸水工程中的輸水管道中。系統(tǒng)布置簡(jiǎn)圖如圖6所示，在金屬外殼3及氣囊式內(nèi)膽4之間充入適量的壓縮氣體，系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，在水體靜壓及本身的重力作用下氣囊式內(nèi)膽4膨脹，如圖1所示；當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，閥門開啟，此時(shí)自動(dòng)控制閥門9按照預(yù)先設(shè)定的開啟規(guī)律進(jìn)行開啟，閥前產(chǎn)生較大的負(fù)水錘壓力，在壓力作用下氣囊內(nèi)的水體向下游管道補(bǔ)給，氣囊開始收縮，如圖2所示。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故需要關(guān)閉閥門時(shí)，自動(dòng)控制閥門9按照預(yù)先設(shè)定的一段直線規(guī)律進(jìn)行關(guān)閉，閥前產(chǎn)生較大的升壓波，升壓波向上游傳遞，傳遞至該裝置時(shí)，氣囊受壓膨脹，斷面擴(kuò)大，如圖3所示，對(duì)水錘波進(jìn)行反射，反射后的降壓波傳遞回閥前，可以有效的緩解閥前壓力的上升。圖7為關(guān)閥過程中，設(shè)置氣囊式壓力防護(hù)裝置及未設(shè)置裝置時(shí)管道閥門前端壓力變化趨勢(shì)線，由圖7可以看出，氣囊式壓力防護(hù)裝置可以有效降低管道閥門關(guān)閉時(shí)的最大水錘壓力，保證輸水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種長(zhǎng)距離供水工程中用于消除過大水錘壓力的氣囊式壓力防護(hù)裝置。裝置外部由金屬密封性外殼，內(nèi)部由氣囊式內(nèi)膽組成，金屬密封性外殼上裝有氣壓檢測(cè)儀器，兩端各安裝有連接法蘭和一小段鋼管，裝置可以直接安裝在管道中,前后可設(shè)置蝶閥用于檢修，本發(fā)明裝置造價(jià)低、易安裝維護(hù)，在滿足其他調(diào)保要求的前提下，利用氣囊的壓縮和膨脹特性,在管道中形成較大的負(fù)反射邊界，反射水錘波，改變水錘波的傳播特性，較大的緩解了閥門調(diào)節(jié)時(shí)的水錘壓力，以保證供水系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，特別是對(duì)于長(zhǎng)距離重力流供水工程，效果更加顯著。

技術(shù)研發(fā)人員：俞曉東;張健;劉甲春;儲(chǔ)善鵬;王思琪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.27
技術(shù)公布日：2017.09.29