禹门口供水工程水锤模拟计算结果与分析

在模拟计算中，通过对不同摩阻系数下液控蝶阀单独防护、蝶阀与进排气阀共同作用下的两种运行方式进行了研究，具体情况如下（由于篇幅有限，仅列出摩阻系数取0.0091 时的计算结果）。

（一）液控蝶阀单独防护

在该系统的设计及施工中，将液控蝶阀作为压力管路的主要的安全防护措施，在液控蝶阀单独防护下模拟计算主要考虑了以下的运行模式：单台水泵、并联水泵等运行模式。

1.一级加压泵站液控蝶阀防护下的计算结果

一级加压泵站液控蝶阀防护下的计算结果如表3-7 所示。

2.二级加压泵站液控蝶阀防护下的计算结果

二级加压泵站液控蝶阀防护下的计算结果如表3-8所示。

表3-7　液控蝶阀防护下的计算结果

表3-8　液控蝶阀防护下的计算结果

由上述计算结果可知：将一级泵站压力管路及二级加压泵站压力管路划分为30 段及14段进行模拟计算，在液控蝶阀安全防护措施下，计算结果主管道0＋00 桩号以后，负压区域较长，并且普遍超过－10m水柱，意味着管线内出现水的汽化现象，即理论上所谓的“水柱分离”现象。

从各种运行模式的多个蝶阀的快关闭、慢关闭时间及角度的组合情况分析，压力管道的最大压力超过了正常工作压力的1.3 倍，说明在缓闭蝶阀安全防护措施下无法满足压力管道的水力过渡过程情况下的特殊安全要求。为确保未来水利系统运行的安全，有必要研究在液控蝶阀和排气阀共同作用下的水力过渡过程。

（二）蝶阀与进排气阀共同作用

在模拟计算过程中，主要考虑了以下的运行模式：单台水泵、并联水泵等运行模式。液控缓闭蝶阀及进排气二用阀共同防护作用下压力管道的水力过渡过程计算结果如下。

1.一级加压泵站液控蝶阀、排气阀共同防护作用下的计算结果(www.xing528.com)

一级加压泵站液控蝶阀、排气阀共同防护作用下的计算结果如表3-9 所示。

2.二级加压泵站液控蝶阀、排气阀共同作用下的计算结果

二级加压泵站液控蝶阀、排气阀共同作用下的计算结果如表3-10所示。

表3-9　蝶阀与进排气阀共同防护下的计算结果

表3-10　蝶阀与进排气阀共同防护下的计算结果

（三）结论

（1）山西省禹门口黄河工业供水工程的压力管道主要以玻璃钢管为主，而玻璃钢管的摩阻系数较小，在一级及二级加压泵站的主管路起始处，发生直接水锤，严重威胁压力管路的运行安全，所以必须进行水锤的模拟计算研究。

（2）山西省禹门口黄河工业供水工程一级及二级加压泵站仅利用二阶段缓闭液控蝶阀作为压力管路的主要安全防护手段，因管路太长，管路中间局部出现“凸点”，利用该液控蝶阀防护水锤的效果不理想，起始管路最大压力超过规范要求。因此，为了压力管路的未来安全运行，必须进一步研究配合液控蝶阀消除水锤压力的优化措施。

（3）对于一级和二级加压泵站考虑液控蝶阀、排气阀共同联动作为压力管路的安全防护措施，在蝶阀快关时间、慢关时间、蝶阀快关角度、慢关角度、水泵机组的单泵、双泵、压力管路钢管和玻璃钢管的不同管材、水泵的变频调速等若干种不同工况组合的模拟计算，从模拟计算的结果分析，该方案基本满足泵站工程规范的要求，但由于压力管路较长，在液控蝶阀、排气阀共同联动作用下管路的压力分布（特别在压力管路的偏下游段）出现不均匀的波动。因此，为使未来系统的安全建议增加如下的防护措施：建议一级泵站并联管路的起点，即0＋000 断面处加一台超压泄压阀，以防止水压过高引起系统危险，该阀能够在管道内压力超过预先整定的释放压力时，阀门迅速开启，释放超高压力峰值，其安装图如图3-44所示。

图3-44　超压泄压阀安装示意图

1—主管道；2—检修阀；3—超压泄压阀；4—泄水管

（4）水柱分离及其再弥合的计算由于涉及两相流的问题，其物理模型与数学模型的建立都有一定的近似性，因而其计算的准确可靠性比单相流的情况稍差。有关理论研究的实验研究表明：当系统中有明显的凸部时，有可能在局部位置产生明显的水柱分离，这一点在本研究中得到证实，所以必须安装进排气阀进行防护。