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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