【摘要】：管道內(nèi)發(fā)生水錘現(xiàn)象時(shí)往往會(huì)造成水泵、閥門等設(shè)備的損壞,影響城市的正常供水。由于以往的供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)不要求進(jìn)行水錘計(jì)算,所以國(guó)內(nèi)對(duì)水錘的研究較少,但是越來越多的供水管網(wǎng)水錘事故,引起了人們對(duì)水錘危害的重視。山區(qū)供水受到地形條件的限制,輸水管線起伏變化多,供水高差大,管道內(nèi)的水流條件不穩(wěn)定,容易發(fā)生變化。當(dāng)發(fā)生意外工況如突然停電導(dǎo)致停泵事故時(shí),管道極易產(chǎn)生斷流彌合性水錘,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管道破裂、水淹泵房等事故,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此對(duì)輸水管道的水錘進(jìn)行數(shù)值模擬,采取合適的水錘防護(hù)措施,對(duì)于優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和保障供水安全有著重大的實(shí)際意義。本文對(duì)水錘產(chǎn)生的機(jī)理、計(jì)算理論和防護(hù)方法進(jìn)行了深入理解,重點(diǎn)研究了特征線法計(jì)算水錘的方法,通過求解簡(jiǎn)單管路的關(guān)閥水錘,掌握了特征線法的計(jì)算步驟,結(jié)合對(duì)特征線法計(jì)算原理的理解,編寫計(jì)算機(jī)程序,實(shí)現(xiàn)了電算程序求解關(guān)閥水錘的模擬,可在工程上直接計(jì)算供水管道的關(guān)閥水錘,以分析關(guān)閥動(dòng)作和關(guān)閥時(shí)間對(duì)關(guān)閥水錘的影響。先利用編程計(jì)算求解,以某高揚(yáng)程重力供水管線為例,分析了關(guān)閥動(dòng)作和關(guān)閥時(shí)間對(duì)關(guān)閥水錘的影響;然后利用Hammer軟件,以山東省某景區(qū)的大高差供水管線為例,對(duì)水錘防護(hù)方法進(jìn)行研究,分析了兩階段緩閉蝶閥、空氣閥、單向調(diào)壓塔和空氣罐等設(shè)備的水錘防護(hù)特性,對(duì)不同的防護(hù)措施進(jìn)行優(yōu)化,模擬水錘防護(hù)效果,得到最優(yōu)的水錘防護(hù)方案,主要結(jié)論如下:(1)通過對(duì)水錘產(chǎn)生機(jī)理的研究,認(rèn)識(shí)到供水管道內(nèi)會(huì)隨時(shí)發(fā)生水錘現(xiàn)象。深入研究了利用特征線求解水錘的方法,掌握了其計(jì)算步驟,為進(jìn)一步研究水錘和工程設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一旦關(guān)閥不當(dāng)或突然停泵,水錘造成的危害極大,且水錘發(fā)生時(shí)管道壓力突升,足以破壞管道連接口,得出管道漏損主要是由水錘引起的結(jié)論;(2)不同的關(guān)閥動(dòng)作產(chǎn)生的影響不同,要結(jié)合實(shí)際的輸水情況,經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)得出最佳的關(guān)閥方案。采用止回閥兩階段緩慢關(guān)閉的水錘防護(hù)措施,對(duì)正壓水錘的消減作用較好,但對(duì)降低管道負(fù)壓作用不大。緩閉止回閥關(guān)閉動(dòng)作需針對(duì)性地設(shè)計(jì),一旦設(shè)計(jì)不當(dāng),會(huì)造成更不利的影響。工程模擬時(shí)發(fā)現(xiàn),停泵時(shí)止回閥處的最大升壓值為263.6m H_2O,使用緩閉止回閥降低升壓,關(guān)閥時(shí)間低于60s時(shí),壓力均大于停泵升壓,且30s關(guān)閥時(shí),最大升壓值達(dá)到最大318.2 m H_2O;(3)在開發(fā)關(guān)閥水錘數(shù)值模擬程序的基礎(chǔ)上,繼續(xù)開發(fā)不同約束條件下的水錘程序,以應(yīng)用于不同狀況的水錘計(jì)算和模擬;(4)對(duì)供水管道進(jìn)行水錘防護(hù)時(shí),空氣閥采用快進(jìn)慢出的進(jìn)排氣方式,有利于降低管道的最大升壓值,設(shè)置空氣閥后止回閥處最大升壓值為241.3 m H_2O,比停泵時(shí)的升壓降低約20 m H_2O。但是對(duì)于供水高差較大的工程,單純采用緩閉止回閥、復(fù)合式空氣閥對(duì)降低負(fù)壓的效果并不理想,需要與單向調(diào)壓塔聯(lián)合使用才能有效降低管道內(nèi)的負(fù)壓;(5)空氣罐的罐體容積不大,但降壓和穩(wěn)定壓力成果顯著,適合景區(qū)使用,尤其是在小流量、大高差供水情況下防護(hù)效果較好,可以使發(fā)生水錘的管道內(nèi)壓力變得十分平穩(wěn),通過設(shè)置位置的對(duì)比優(yōu)化研究,空氣罐宜設(shè)置在泵出口處附近。工程模擬時(shí),采用復(fù)合式空氣閥和緩閉止回閥聯(lián)用,止回閥處水錘的最大升壓為157.6 m H_2O。加設(shè)體積為2000L的空氣罐后,止回閥處水錘的最大升壓值下降到107.7 m H_2O,升壓下降約50 m H_2O,且管道負(fù)壓得到很好的消除;(6)管道設(shè)計(jì)時(shí),地形圖布置管道后需要手工計(jì)算提取標(biāo)高,通過研究可以利用鴻業(yè)市政管線軟件直接提取地形圖上布置好的管道標(biāo)高,降低工作量;水錘計(jì)算時(shí),建立CAD與Hammer軟件的文件轉(zhuǎn)換,可大大提高水錘建模的效率和準(zhǔn)確性。
【圖文】：

初始界面

Figure 4.2 Data entry interface讀入輸入模塊，，打開瀏覽不同格式的文件。找到已經(jīng)保存的，讀取 Excel 交換文件（h-in.csv），將保存在文件內(nèi)過程如圖 4.3 所示。
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU991.39

【參考文獻(xiàn)】

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3 鄒q

本文編號(hào)：2567640