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輸水管道排氣閥的增設

2019-11-12 04:11   评论:60 点击:346
前言

輸水管道,首要指水源至淨水廠或淨水廠至配水管網的管道。由於輸水管道負擔全係統供水,且壓力較高,所以它的安全運行題目始終被從水部分和設計部分所重視 。

輸水管道常見的事故是爆管,引發爆管的啟事首要有:溫度應力、管材質量、施工質量、地質構造和水錘等。管道中的氣囊固然不能直接造成水錘,但可借助水錘造成危害 。本文就如何在輸水管道上設置排氣閥 ,避免氣體聚集成氣囊進行探討。

二 、實例及分析

在地形起估地段,要求輸水管道的最高點設排氣閥,但實際運行中,很多爆管並未發生在高點或低點,而是發生在高點後的下彎管段,甚至低壓管道也發生此類爆管。黑龍江鶴崗的一段管道爆管就是一個典型的例子。

鶴崗市屬低山丘陵區,淨水廠與送水泵站分建,二者相距5公裏,淨化水靠重力流送至送水泵站 ,淨水廠淨水池高程210m,送水泵站淨水池高程185m,輸水管為DN800連續鑄鐵管,均勻流速1.0m/s,泵站前500m有一高崗,高程185(見圖一),高崗的最高點有一排氣閥 ,但排氣閥後50m處,多次發生爆管事故,後來在爆管處加裝了一雙口排氣閥,幾年來,兩排氣閥間沒再爆管,隻在新裝排氣閥後10m處發生過一次爆管。 

從這個例子看,爆管與管中的氣體有關(安排氣閥後無爆管)。下麵對管道中氣囊的形成過程和它的受力情況進行分析:

1.氣體的聚集及平衡

在正常情況下 ,管道中的水流可近似地看成是恒定流(壓力、流速、溫度不變)。在這類狀況下,水中的氣體要逐步地析出 ,形成大小

不等的氣泡上升到管壁 ,氣泡按水流流速向前活動。在上坡段,由於浮力的感化,氣泡流速可能大於水流速。因管壁有一定粗糙度 ,各氣泡活動方向相同,很難聚集成大氣泡。小氣泡沿管壁一定寬度向前活動,經過最高點排氣閥時,排氣管直徑內的氣泡有條件排出 ,而其他氣泡靠水流的推力向下遊流往。由於管壁處的紊流和流速和切線特性,使一些經過排氣管的小氣泡超出排氣孔也向下遊流往(見圖二)。

超出排氣閥的氣泡順坡而行,活動方向與氣泡所受浮力的分力P1方向相反(見圖三) ,這個浮力協力產生的阻力,必然負氣泡活動的速度減慢,後序氣泡輕易撞擊前麵氣泡而全成大氣泡,大氣泡產生大的浮力。

浮力分力P1=PSinα (1)

式中 :p--氣泡受水的浮力(P=1/6π d3·P)

P--水的容重

d--氣泡直徑

α--管道的俯角

氣泡受水流的推力為P`

V2

p'=----- .S (2)

2g10

V2

式中:----- ---流速壓強(Kg/cm2)

2g10

S-- 氣泡最大截麵積(S=1/4πd2)

V-- 水流速(m/s)

當P1=P`時,氣泡受力達到平衡而靜止在管道中。聯立(1)、 (2)式得

3

d.Sinα =-----------

10.4p.g

C--平衡常數

式(3)說明,在恒定流條件下,氣泡直徑與管道俯角的正弦成反比。

當d·Sinα>C時,氣泡向上移動。

2.管道中氣囊的形態

前述氣泡平衡題目時,假定了氣泡為直徑即是d的球形,這隻能近似地形容微小氣泡,實際上當氣泡達到一定體積,且上升到管壁成為氣囊,由於表麵張力的的感化,它將以半橢圓外形存在(見圖四)。隨著氣泡逐步長大 ,氣泡的外形將受水流推力、重力和管道外形控製,在長度方向伸長較大,在橫向成弓形。

根據模擬丈量,氣囊的長L與高h的關係為:

1≈15h

3.氣囊受力分析及臨界位置

根據水利學道理,氣囊在管道內平衡時所受水流的推力,即是垂直於水流的截麵所受的壓力(見圖五(1)),這個截麵為以h為高的弓形(見圖5(2))

n V2

p'=∑ pi= -----.S (5)

1 2g10

S--弓形在積

氣囊能引發爆管,是由於快速開關閥門或水泵起停,使管道出一了大的壓力增值,氣體的可壓縮特性 ,使應力集中到氣囊產生高壓而爆管。

根據一些爆管的經驗,氣囊高度達到管徑四分之一是爆管的危險點,也就是氣囊的臨界點。這時候氣囊的體積和斷麵積簡單計算為:

V≈0.5πr3,S≈0.2πr2。

對前例中DN800管道,當V=1.0m/s時,所受推力按(5)式計算:

1.02

p'=------0.2π.402=5.124(Kg)

2g

所受浮力按(1)式計算

P1=PSin α=0.5π0.43×1000Sinα=100.5Sinα

當P`=P1時

5.214

α =arcSin=-----------=2.92°

100.5

該俯角α與實測爆管點俯角基本吻合 。

三、結論

1.輸水管道下坡段必須增設排氣閥,具體位置由式P`=PSinα確定,計算流速取均勻值為宜;

2.管道實際俯角小於計算角度時 ,排氣閥應設鄙人彎曲線與直線的交點處;

3.為使管內氣體盡早排出而不形成氣囊,下彎管線與直管線的交點均應設排氣閥;

4.本文所增設的排氣閥不能取代最高點排氣閥。

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