CN113863433B - 一种提高重力流供水工程安全性的布置结构及调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高重力流供水工程安全性的布置结构及调控方法，所述布置结构包括重力流供水主管道，所述重力流供水主管道的末端设有大阀门；所述重力流供水主管道在大阀门的上游设置一个供水支管道，所述供水支管道的末端设有小阀门；所述大阀门和小阀门的下游均设有出水池。本发明提供一种提高重力流供水工程安全性的布置结构及调控方法，调节控制模式清晰，实现难度及可靠性均较高，能够提高重力流供水工程的不同流量下的稳定运行性，改善了供水系统开启过程中和关闭过程中的水击压力上升或者下降，保证整个重力流供水工程的安全性。

Description

一种提高重力流供水工程安全性的布置结构及调控方法
技术领域
本发明涉及一种提高重力流供水工程安全性的布置结构及调控方法，适用于长距离供水工程，尤其是适用于高水头重力流输水工程。
背景技术
为保证水安全，我国将进一步加快水网建设。优化水资源配置格局，加强供水安全风险应对，逐步建成丰枯调剂、联合调配的国家水资源配置和城乡供水安全保障体系。供水工程的供水方式中通常为水泵加压供水和利用落差形成的重力流工程系统。水泵加压供水与重力流供水在调控上存在着本质的差异。水泵加压供水系统会随着管线水头损失的变化，水泵自动调整工作曲线，实现自适应供水。而对于重力流供水系统供水能力则主要受到落差形成的势能与管线水头损失及阀门不同开发下的损失的之和的平衡性，调节能力主要体现在阀门调节范围内的水头损失和管线水头损失的权重关系；另外对于重力流供水工程大多依靠末端的流量调节阀进行调节，过去小工程使用较多，设计的理念还停留在传统的“简单”的认识上，出线爆管事故通常影响不大，但是随着供水距离的加大、供水量的增加，对系统不加控制或者选择控制方案不当，导致了很多的重力流供水工程“离奇”爆管或者末端调流调压阀的多次损坏。另外由于系统中流量不断变化，在小流量运行时经常会出现调流调压阀开度较小，阀门振动且气蚀严重的问题，严重时可诱发管道水体共振，易导致调流调压阀的破坏和管道的破坏；再者，在供水停止运行时，阀门在关闭至小开度时，开度的细小变化就会引起流量的急剧变化，造成较大的水击压力上升，易诱发爆管事故。目前针对重力流存在的问题，通常采用中间设置调节池的模式进行，此模式每级调节池均需要设置调流调压阀，造价较高，且运行调度也较为不便。
发明内容
本发明第一个目的在于，提高重力流供水工程的不同流量下的稳定运行性，避免阀门发生气蚀及避免管道系统发生水力共振现象；同时也避免在停止供水或开始供水时，管道系统产生较大的水击压力上升或压力下降，提供一种提高重力流供水工程安全性的布置结构。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种提高重力流供水工程安全性的布置结构，其特征在于：所述布置结构包括重力流供水主管道，所述重力流供水主管道的末端设有大阀门；
所述重力流供水主管道在大阀门的上游设置一个供水支管道，所述供水支管道的末端设有小阀门；
所述大阀门和小阀门的下游均设有出水池。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为发明的优选技术方案：所述重力流供水主管道在供水支管道的连接处的上游设有检修阀。
作为发明的优选技术方案：所述大阀门和小阀门均采用电控式套筒式调流调压阀。
作为发明的优选技术方案：所述大阀门和小阀门的下游均不接管道，自由出流。
作为发明的优选技术方案：所述小阀门具有良好的抗气蚀能力。
作为发明的优选技术方案：所述大阀门的口径为重力流供水主管道的管径的70％～90％，所述小阀门的口径为大阀门的20％～40％，且所述供水支管道的管径与小阀门的口径相同。
本发明第二个目的在于，提高重力流供水工程的不同流量下的稳定运行性，避免阀门发生气蚀及避免管道系统发生水力共振现象；同时也避免在停止供水或开始供水时，管道系统产生较大的水击压力上升或压力下降，提供一种基于提高重力流供水工程安全性的布置结构的调控方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种基于前文所述的提高重力流供水工程安全性的布置结构的调控方法，其特征在于：所述调控方法包括：
当系统停止供水时，先关闭大阀门，关闭时间取为T11，
T11＝6Tc
其中，Tc为水击波传递周期，Tc＝4L/a，L为管线总长度，a为水击波速；
大阀门关闭时，整个系统中仍然有较大的流量，因此，大阀门关闭过程中的振动、气蚀得到了有效的控制；
然后，等待约T12＝2Tc的时间间隔，目的是让系统水流尽量平稳，进入到小流量供水状态；再关闭小阀门，关闭时间可取为T13＝3Tc。
以上步骤实现了大阀门调控大流量，小阀门调控小流量的目的，整个关闭过程仅需T＝T11+T12+T13＝11Tc，使得整个过程中流量平稳减小，从根本上降低了产生过大的水击压力上升，实现了整体系统的停止平稳性和安全性。
本发明第三个目的在于，提高重力流供水工程的不同流量下的稳定运行性，避免阀门发生气蚀及避免管道系统发生水力共振现象；同时也避免在停止供水或开始供水时，管道系统产生较大的水击压力上升或压力下降，提供一种基于提高重力流供水工程安全性的布置结构的调控方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种基于前文所述的提高重力流供水工程安全性的布置结构的调控方法，其特征在于：所述调控方法包括：
当系统开始供水时，先开启小阀门，开启时间取为T21，若此时系统流量能够满足运行需要，就采用小阀门开始供水模式，
T21＝3Tc
其中，Tc为水击波传递周期，Tc＝4L/a，L为管线总长度，a为水击波速；
然后，等待T22＝2Tc的时间间隔，目的亦是为了提高系统的稳定性；
最后，开启大阀门，开启时间可取为T23＝6Tc。
整个开启过程仅需要约11Tc，使得整个过程中流量平稳增加，从根本上防止管线产生过小的水击压力下降，实现了整体系统的停止平稳性和安全性。
本发明还有一个目的在于，提高重力流供水工程的不同流量下的稳定运行性，避免阀门发生气蚀及避免管道系统发生水力共振现象；同时也避免在停止供水或开始供水时，管道系统产生较大的水击压力上升或压力下降，提供一种基于提高重力流供水工程安全性的布置结构的调控方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种基于前文所述的提高重力流供水工程安全性的布置结构的调控方法，其特征在于：所述调控方法包括：
当系统中正在稳定供水运行，需要对供水量进行调节时，采用大阀门进行水力的控制与调节，调节速率可取为与大阀门的开关时间一样的调节速率。
既可以提高不出现过大的流量变化不均衡性，又便于阀门动作规律的设定，保证阀门动作规律的可靠性。
本发明提供一种提高重力流供水工程安全性的布置结构及调控方法，调节控制模式清晰，实现难度及可靠性均较高，能够提高重力流供水工程的不同流量下的稳定运行性，改善了供水系统开启过程中和关闭过程中的水击压力上升或者下降，保证整个重力流供水工程的安全性。
附图说明
图1为本发明所提供的提高重力流供水工程安全性的布置结构的示意图；
图2为本发明所提供的提高重力流供水工程安全性调控方法的示意图；
图3为停止供水压力验算结果图示；
图4为开始供水压力验算结果图示；
图中：1-重力流供水主管道；2-检修阀；3-大阀门；4-供水支管道；5-小阀门、6-出水池。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种提高重力流供水工程安全性的布置结构，管道末端采用如图1所示的结构布置方案，本实施例重力流供水工程管线全长24.2km，管道直径2m，大阀门直径1.6m，小阀门直径0.5m。
布置结构包括重力流供水主管道1，重力流供水主管道1的末端设有大阀门3；
重力流供水主管道1在大阀门3的上游设置一个供水支管道4，供水支管道4的末端设有小阀门5；
大阀门3和小阀门5的下游均设有出水池6；重力流供水主管道1在供水支管道4的连接处的上游设有检修阀2。
如图2所示，一种提高重力流供水工程安全性布置结构的调控方法，具体调控方法如下：
停止供水时：
(1)计算管线水击波传递周期为Tc＝4*L/a＝4*24200/1200≈80s；
(2)根据水锤波周期拟定大阀门关阀时间为6*Tc＝480s，小阀门关阀时间为3*Tc＝240s，等待间隔时间2*Tc＝160s。
(3)确定关阀动作顺序：大阀门关阀(0～480s)→等待间隔(480s～640s)→小阀门关阀(640s～880s)→结束。
本实施例停止供水压力验证结果见图3。如图3所示，采用本发明后的管线最大压力为45m，原方案最大压力为56m，最大压力减小20％，效果明显。
开始供水时：
(1)计算管线水击波传递周期为T＝4*L/a＝4*24200/1200≈80s；
(2)根据水锤波周期拟定大阀门开阀时间为6*T＝480s，小阀门开阀时间为3*T＝240s，等待间隔时间2*T＝160s。
(3)确定开阀动作顺序：小阀门开阀(0～240s)→等待间隔(240s～400s)→大阀门开阀(400s～880s)→结束。
本实施例开始供水压力验证结果见图4。如图4所示，采用本发明后的管线最小压力为6.5m，原方案最小压力为3.5m，最小压力提升85％，效果明显。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于提高重力流供水工程安全性的布置结构的调控方法，其特征在于：所述提高重力流供水工程安全性的布置结构包括重力流供水主管道，所述重力流供水主管道的末端设有大阀门；
所述重力流供水主管道在大阀门的上游设置一个供水支管道，所述供水支管道的末端设有小阀门；
所述大阀门和小阀门的下游均设有出水池；
所述重力流供水主管道在供水支管道的连接处的上游设有检修阀；
所述大阀门和小阀门均采用电控式套筒式调流调压阀；
所述大阀门和小阀门的下游均不接管道，自由出流；
所述小阀门具有良好的抗气蚀能力；
所述大阀门的口径为重力流供水主管道的管径的70％～90％，所述小阀门的口径为大阀门的20％～40％，且所述供水支管道的管径与小阀门的口径相同；
所述调控方法包括：
当系统停止供水时，先关闭大阀门，关闭时间取为T11，
T11＝6Tc
其中，Tc为水击波传递周期，Tc＝4L/a，L为管线总长度，a为水击波速；
大阀门关闭时，整个系统中仍然有较大的流量，因此，大阀门关闭过程中的振动、气蚀得到了有效的控制；
然后，等待约T12＝2Tc的时间间隔，目的是让系统水流尽量平稳，进入到小流量供水状态；再关闭小阀门，关闭时间可取为T13＝3Tc；
当系统开始供水时，先开启小阀门，开启时间取为T21，若此时系统流量能够满足运行需要，就采用小阀门开始供水模式，
T21＝3Tc
其中，Tc为水击波传递周期，Tc＝4L/a，L为管线总长度，a为水击波速；
然后，等待T22＝2Tc的时间间隔，目的亦是为了提高系统的稳定性；
最后，开启大阀门，开启时间可取为T23＝6Tc；
当系统中正在稳定供水运行，需要对供水量进行调节时，采用大阀门进行水力的控制与调节，调节速率可取为与大阀门的开关时间一样的调节速率。
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