长距离重力流供水管线末端阀门关闭的过渡过程分析

卜新魁

摘 要：随着社会的发展，长距离供水工程越来越多，人们对长距离供水的过渡过程计算也愈加重视。重力流输水管道因无水泵加压，故无停泵水锤危害。但是，其管线末端阀门关闭过快也会导致输水系统出现很高的水锤压力，在有多重起伏管线的高点容易产生断流，造成弥合水锤，严重影响管线及阀门等设备的安全。本文结合工程实例，对长距离重力流供水管线末端阀门关闭的过渡过程进行分析，并提出相应的防护措施。

关键词：长距离重力流供水;水击泄放阀;水力过渡过程

中图分类号：TV134.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）31-0067-03

Analysis of Transition Process of Closing Valve at End of

Long Distance Gravity Flow Water Supply Line

PU Xinkui

（Jilin Province Water Resource and Hydropower Consultative Company，Changchun Jilin 100012）

Abstract： With the development of society， more and more long-distance water supply projects， people pay more attention to the calculation of long-distance water supply transition process. Because there is no pump pressurization in gravity flow pipeline， there is no water hammer hazard of pump stop. However， if the valve at the end of the pipeline is closed too fast， the water hammer pressure in the water delivery system will be very high， and the high point of the pipeline with multiple ups and downs is easy to produce flow interruption， resulting in the closure of water hammer， seriously affecting the safety of pipelines and valves and other equipment. This paper analyzed the transition process of closing the valve at the end of the long distance gravity flow water supply line and put forward the corresponding protection measures.

Keywords： long distance gravity flow water supply;water hammer relief valve;hydraulic transition process

1 工程概述

吉林省某供水工程，从某水库引水，通过重力流向两座城市供水，水库正常蓄水位402.5 m，死水位371.0 m。供水干线长29.7 km，管径为DN1600;城市1支线长20.1 km，管径为DN1200，输水流量1.65 m3/s;城市2支线长7.5 km，管径为DN800，输水流量0.26 m3/s。沿线设置多处防水锤空气阀。主干线及支线管路纵断如图1至图3所示。

2 过渡过程比较

2.1 稳态过程

首端水库水位为正常高402.5 m，通过调节城市1支线及城市2支线末端调节阀的开度，保证城市1支线输水流量为1.65 m3/s，城市2支线输水流量为0.26 m3/s。水库至城市1支线末端压力线如图4所示。

2.2 城市1支线末端不设置水击泄放阀，阀门正常关闭过程输水系统水力过渡过程分析

当城市1支线末端调节阀门500 s全线关闭时，水库至城市1支线末端水击包络线见图5。

当阀门关闭后管线各点压力为该点高程与首端水库水位的几何落差，即各点的静水头，此值小于管线正常输水时的各点测压管水头[1]，即各点的动水头。阀门关闭后，输水系统经历由动水头到静水头的过渡过程，此过程会产生很大水锤压力，阀门关闭越快水锤压力越高。

由图5水击包络线可知，即使阀门全线关闭时选择的很长（500 s），其关闭所引起整个输水系统的水锤压力升高值仍然很高，管线最危险的位置为所关闭的阀门前侧，其压力变化值见表1。长输水管线设计规程规定，水锤防护措施应保证输水管道最大水锤压力不超过1.3～1.5倍最大工作压力[2]。由表1可知，管线末端阀前水锤压力最大值与最大工作压力可通过压力水头值判断，最大压力水头、最小压力水头的比值可近似看作水锤压力最大值与最大工作压力关系。由此可以看出，此时末端阀前工最大压力水头比为255.31∶91.2，近似为2.8，此状态是不满足规程要求的，且此时管线及阀门均需要选择更高的压力等级，增加工程投资。所以本工程应该采用合适的水锤防护措施。

2.3 城市1支线末端设置水击泄放阀，阀门正常关闭时输水系统水力过渡过程计算分析

水击泄放阀采用水力控制原理，当输水系统出现超过已设定压力的水锤压力时，阀门迅速开启泄放压力，防止压力进一步升高，有效保护输水系统。当系统压力恢复到一定值时，阀门自动缓慢关闭。城市1支线末端设置DN200水击泄放阀，阀前压力水头达到95 m时阀门自动打开，把输水系统较高的水压释放掉，压力水头恢复到80 m时阀门自动关闭。

城市1支线末端阀门280 s全线关闭，此时水库至城市1支线末端水击包络线见图6。与图5相比较，即使在阀门关闭更快的情况下，设置水击泄放阀的管线最高压力升高值以比不设置时小了很多。城市1支线末端阀门前侧的压力变化值见表2，水锤压力最大值为该点最大工作压力的1.28倍，满足长输水管线设计规程的要求，且此时管线及阀门均可以选择较小的压力等级，节省工程投资。

通常在设计中建议设置两台水击泄放阀，两台阀门同时动作压力升高值会更低，如果一台阀门发生故障拒动，另一台正常开启仍能保证工程的安全[3-4]。

3 结语

长距离重力流供水管线末端阀门关闭时会导致沿线很高的水锤压力，严重时会产生爆管，严重威胁阀门及管线的安全。在管线末端设置水击泄放阀可以有效减小末端阀门关闭所引起的较高的水锤压力，也可减小所选管线及阀门的压力等级，节省工程投资。水击泄放阀最大泄流能力必须大于过渡过程计算所需要的最大泄流能力，泄流能力可以适度地留有余量，但不需要过大。其口径的选择须对输水系统进行过渡过程计算后确定。另外，阀门开启及关闭压力值的设定及阀门关闭时间对系统过渡过程影响很大，设定值应在计算过程中引起重视。

参考文献：

[1]油气田及管道建设设计专业标准化委员会.输气管道工程設计规范：GB 50251—2003[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2]郭伟奇，吴建华，李娜，等.长距离重力流输水系统水锤防护措施研究[J].中国农村水利水电，2018（11）：124-126，130.

[3]诸葛妃，张健.长距离输水设置超压泄压阀水力过渡过程分析[J].水利水电技术，2010（12）：35-37.

[4]董盛文，李强，王浩，等.长距离重力输水管道中的水锤及其防护研究[J].中国水运（下半月），2018（10）：201-202.