CN112095715B - 一种气囊式持续高水位补水单向塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气囊式持续高水位补水单向塔，包括塔体、连接管、顶架和气囊，塔体、连接管、顶架围合而成的空间内设置气囊，气囊的大小随着塔体内的水压变化。连接管上设置止回阀，使水流只往一个方向流动。连接管与供水管道相连。供水管道内水压力大于塔体内水压力时，注水管向塔体内注水，气囊受水体压缩发生形变，当塔体内水位达到设定水位时，注水管停止注水，气囊压缩形变量最大，部分储水的重力势能转化为气囊的弹性势能。本发明在提高管线负水锤防护效果的同时，优化单向塔尺寸，节约成本；气囊的设置，有利于增大塔体内部储水体积，延缓补水时水位下降速度，加快补水速度，增强供水管道内水压的防护，避免供水管道内产生负压。
Description
技术领域
本发明属于单向塔，具体为一种气囊式持续高水位补水单向塔。
背景技术
长距离跨流域调水是一种解决水资源时空分布不均的有效手段。在长距离输水系统中，突发性的事故停泵将引起管道内水流速度的突然变化，导致管道内压力大幅度升高、降低交替变化，从而形成水锤，严重威胁输水系统的安全。单向塔是一种有效防止管道产生负压、水柱分离的水锤防护措施，一般设置于管道容易产生负压和水柱分离的部位，如局部驼峰点、管道最高点等。
在平原地区，由于地势较为平缓，上游水库与受水点之间高差较小，故平原地区上的供水工程系统中产生的正水锤压力一般较小，而水锤防护的重点是负水锤压力，故在平原地区的供水工程中应用单向塔较多。
单向塔的优点是可以人为设置塔内水位，水流只能从塔内流向管道，高程一般较低且可控，工程造价较低。其缺点是，塔内水位只能下降，不能实现自身调节。
单向塔的防护效果受到塔内水位、单向塔横截面积、单向阀直径大小的影响。塔内水位越高、单向阀阀径越大，单向塔补水速度就越快；单向塔横截面积越大，补水量就越多。通常情况下，为了达到较好的水锤防护效果，需要提高单向塔高度、增大单向塔横截面积、选择较大阀径的单向阀，投资较大。
单向塔防护负水锤的作用效果主要体现在水泵事故掉电前几个相长。由于塔内水位只能下降，补水速度逐渐降低，其防护效果也就随之减弱。故为了达到较好的防护效果，往往要增加塔内水位高度，这也就势必增加了单向塔高度。故有必要寻求一种可以优化外行参数、提高防护作用效果的新型单向塔。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种提高管线负水锤防护效果、延缓塔内水位下降速度、优化单向塔尺寸、降低工程成本的气囊式持续高水位补水单向塔。
技术方案：本发明所述的一种气囊式持续高水位补水单向塔，包括塔体、连接管、顶架和气囊，塔体、连接管、顶架围合而成的空间内设置气囊，气囊的大小随着塔体内的水压变化。
连接管上设置止回阀，使水流只往一个方向流动。连接管与供水管道相连。供水管道内水压力大于塔体内水压力时，注水管向塔体内注水，气囊受水体压缩发生形变，当塔体内水位达到设定水位时，注水管停止注水，气囊压缩形变量最大，部分储水的重力势能转化为气囊的弹性势能。此时由于气囊被压缩，塔体内部储水体积增大，保证了单向塔塔体对供水管道的补水体积。供水管道内水压力小于塔体内水压力时，止回阀打开，塔体向供水管道补水，气囊膨胀。较常规单向塔塔体内水位下降速度，本发明中气囊膨胀时塔体内水位下降速度变缓。
顶架一方面用于限制气囊边界位置，另一方面起到稳定塔内连接管的作用。顶架包括内圆环、外圆环和连接杆，内圆环与连接管外壁相连，外圆环与塔体内壁相连，内圆环与外圆环通过连接杆相连。内圆环、外圆环之间设置加强圆环，加强圆环与连接杆相连。
气囊由橡胶材料制成。气囊上设置测压管和补气管，用于对气囊进行压力监测及补气增压。气囊的设置，减小了单向塔的横截面积，从而节约工程的占地面积。
工作原理：当供水系统正常运行时，单向塔塔体内水位达到设计水位，受上部水压力影响，塔底气囊受压缩形变量最大，储水的重力势能转化为气囊的弹性势能，此时由于气囊被压缩，塔体内部储水体积增大，保证了单向塔塔体对供水管道的补水体积；当供水系统发生事故掉电或者正常停泵时，单向塔塔体向供水管道补水，水流经连接管从塔体内流出，气囊上部储水量逐渐减小，气囊所受水压力也随之减小，气囊开始逐渐膨胀，将塔内低水位储水抬高，气囊的弹性势能转化为储水的重力势能，保证了塔体内水位高度，也就保证了塔体对供水管道的补水速度及补水量。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：在提高管线负水锤防护效果的同时，优化了单向塔尺寸，有利于节约成本；气囊的设置，有利于增大塔体内部储水体积，延缓补水时水位下降速度，加快向供水管道补水速度，增强单向塔后的供水管道内水压力的防护效果，避免由于塔体内水位过低而导致塔后的供水管道内产生负压。
附图说明
图1是本发明在供水系统稳态运行时的结构示意图；
图2是本发明在水泵掉电补水完成后的结构示意图；
图3是本发明气囊4的结构示意图；
图4是本发明顶架3的俯视图。
具体实施方式
以说明书附图所示的方向为上、下、左、右。
如图1～2，连接管2的一端在单向塔的塔体1内延伸至钢顶架3的位置，另一端与供水管道6相联通。连接管2上有止回阀5。气囊4靠近塔体1的底部，包裹在顶架3、连接管2、塔体1底部围合而成的空间内。塔体1上部有注水管11。
如图3，气囊4的形状为中间穿过连接管2的圆柱筒状。气囊4上有测压管41和补气管42。受水体重力作用，其高度随着上部水体高度的变化而变化，即水体的重力势能与气囊4的弹性势能之间互相转化。在系统稳定运行时，止回阀5处于关闭状态，塔体1内水位达到设计水位，气囊4压缩量达到最大值，位于顶架3以下的水体重力势能转化为了气囊4的弹性势能。在系统发生事故掉电时，受泵后降压波影响，供水管道6中内水压力骤然降低，其压力值小于塔体1内水压力，止回阀5开启，塔体1内水体通过连接管2向供水管道6中开始补水，塔体1内水位逐渐下降，气囊4所受水压力随着塔内水位下降逐渐降低，气囊4的体积开始膨胀，其高度增加，使顶架3与气囊4之间水体涌入顶架3上部，塔体1内水位下降变缓，保证了单向塔补水时的水位高度。
如图4，钢顶架3通过其外圆环32固定在单向塔的塔体1上，内圆环31与连接管2的外壁固定，其安装高程与气囊4体积最大时的高度有关。内圆环31与外圆环32通过六个同心的连接杆33相连。内圆环31、外圆环32之间设置加强圆环34，加强圆环34与连接杆33固连。
Claims (2)
1.一种气囊式持续高水位补水单向塔，其特征在于：包括塔体（1）、连接管（2）、顶架（3）和气囊（4），所述塔体（1）、连接管（2）、顶架（3）围合而成的空间内设置气囊（4），所述气囊（4）的大小随着塔体（1）内的水压变化；
所述连接管（2）上设置止回阀（5），所述塔体（1）上设置注水管（11），所述连接管（2）与供水管道（6）相连；
所述供水管道（6）内水压力大于塔体（1）内水压力时，注水管（11）向塔体（1）注水，气囊（4）受水体压缩发生形变，当塔体（1）内水位达到设定水位时，注水管（11）停止注水，气囊（4）压缩形变量最大；
所述供水管道（6）内水压力小于塔体（1）内水压力时，止回阀（5）打开，塔体（1）向供水管道（6）补水，气囊（4）膨胀；
所述气囊（4）上设置测压管（41）和补气管（42），气囊（4）内压力=塔体（1）内水位-气囊（4）顶部高程；
所述顶架（3）包括内圆环（31）、外圆环（32）和连接杆（33），所述内圆环（31）与连接管（2）外壁相连，所述外圆环（32）与塔体（1）内壁相连，所述内圆环（31）与外圆环（32）通过连接杆（33）相连；所述内圆环（31）、外圆环（32）之间设置加强圆环（34），所述加强圆环（34）与连接杆（33）相连。
2.根据权利要求1所述的一种气囊式持续高水位补水单向塔，其特征在于：所述气囊（4）由橡胶材料制成。
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