CN116412310B - 一种可升降式调压塔水锤防护结构及调压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种可升降式调压塔水锤防护结构及调压方法，包括固定框架和伸缩式连接套管；所述固定框架安装在输水管道上方，该固定框架内设有能够竖直移动的可升降调压塔体；所述可升降调压塔体顶部设有注水口；所述伸缩式连接套管由内管和外管组成，该内管可上下移动地设于外管内；所述内管上端与可升降调压塔体底部相连通，连通处设有单向阀；所述外管下端与输水管道相连通；所述内管和外管连接处、外管内径处设有密封环；当稳定运行的工况下，单向阀保持关闭状态，本发明可以有效地减小输水系统中调压塔的设计高度，节省工程投资，同时提高了今后运行的安全系数，具有推广价值。
Description
技术领域
本发明属于管道水锤防护领域，涉及一种可减小调压塔高度的可升降调压塔体防护结构及调压方法。
背景技术
长距离输水工程是解决我国水资源时空分布不均和城市供水不足等问题最直接有效的方式。随着我国城市的不断发展，对水资源的需求逐渐增加，长距离输水工程的兴建不断扩大，因此，工程安全问题也日益突出。水泵抽水断电或阀门突然关闭均会产生水锤，威胁输水系统的安全。由于调压塔的工程投资相对低廉，且对水锤升压与降压波均具有较好的水锤防护效果，因此在长距离供水工程中被广泛应用。
对于长距离输水工程，通常调压塔都设置在局部高点位置，且调压塔的设计高度必须高于或等于其设置处的管道最大压力线，从而导致调压塔的设计高度过高，不仅增加调压塔后输水管线的承压等级，同时还给调压塔的建造带来了巨大的挑战，加重了今后的运行负担。
因此亟需一种能有效降低输水系统中传统调压塔设计高度的可升降调压塔体，满足输水工程发展的安全防护需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种可升降式调压塔水锤防护结构及调压方法，可以在保证输水系统安全同时有效地降低调压塔的高度。
一种可升降式调压塔水锤防护结构，包括固定框架和伸缩式连接套管；
所述固定框架安装在输水管道上方，该固定框架内设有能够竖直移动的可升降调压塔体；所述可升降调压塔体顶部设有注水口；
所述伸缩式连接套管由内管和外管组成，该内管可上下移动地设于外管内；所述内管上端与可升降调压塔体底部相连通，连通处设有单向阀；
所述外管下端与输水管道相连通；所述内管和外管连接处、外管内径处设有密封环；当稳定运行的工况下，单向阀保持关闭状态。
优选地，所述内管内、单向阀下方设有一移动柱，该移动柱底面均布若干个沿高度方向的通孔；当升压水锤在一定数值内，升压水锤推动移动柱在内管内向上移动，可升降调压塔体保持不动，当升压水锤超过在一定数值，移动柱移动到与内管内单向阀相抵触，推动可升降调压塔体向上移动；当降压水锤在一定数值内，单向阀不开启补水，移动柱在内管内向下移动，实现增压。
优选地，所述可升降调压塔体左右外侧各设置了三个辅助滑轮；各辅助滑轮与对应的固定框架内壁紧贴。
优选地，所述单向阀采用不锈钢材质。
优选地，所述单向阀直径与内管的内径一致。
一种可升降式调压塔水锤防护结构的调压方法，该调压方法包括如下步骤：
（1）根据具体工况输水管道分布和压力变化的情况，确定出安装可升降调压塔体的位置和可升降调压塔体内初始水位，在正常工况下，可升降调压塔体内初始水位压力小于塔底压力，确保塔底单向阀保持关闭状态；
（2）当停泵事故发生，输水管道中产生升压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体位置，随着压力的增加并大于可升降调压塔体重量后，连接套管中的内管升高，可升降调压塔体开始上移；
（3）当停泵事故发生，输水管道中产生降压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体，随着压力的减小，可升降调压塔体开始下降，并当可升降调压塔体底部压力小于可升降调压塔体塔内水位压力时，单向阀开启工作，可升降调压塔体体内水体流入输水管道内，进行补水增压；
（4）当整个防护过程结束，需从注水口处向可升降调压塔体内补水，恢复初始设置水位。
有益效果：
1.本发明通过设置防护机构，有效减小了输水系统中传统调压塔的高度，从而降低了调压塔的施工难度和管道的承压等级，节省工程投资，同时提高了今后运行的安全系数；
2.本发明同时提供可升降调压塔体水锤的调压方法，当停泵事故发生，输水管道中产生升压水锤时，利用升压水锤波推动伸缩式连接套管的内管向上带动实现可升降调压塔体向上，利用可升降调压塔体结构的重量实现对水锤的抑制作用；当输水管道中产生降压水锤、可升降调压塔体底部压力小于可升降调压塔体体内水位压力时，单向阀开启工作，可升降调压塔体内水体流入输水管道内，进行补水增压，进而实现自动调压；
3.通过在内管内安装移动柱，可以在小范围的压力波动情况下补偿压力，可升降调压塔体不发生任何移动和补水动作，从而增长使用寿命。
附图说明
图1为本发明防护结构的结构示意图；
图2为本发明中伸缩式连接套管的结构俯视图；
图3为本发明的输水工程平面布置示意图；
图4为本发明的调压移动过程状态示意图；
图5为本发明防护结构增加移动柱的结构示意图。
附图标记：1-可升降调压塔体，2-伸缩式连接套管，21-内管，22-外管，3-固定框架，4-单向阀，5-辅助滑轮，6-输水管道，7-密封环，8-注水口，9-上库，10-下库，11-移动柱，12-金属簧片，13-限位板。
具体实施方式
实施例一：
如图1-图5所示，一种可升降式调压塔水锤防护结构，包括固定框架3和伸缩式连接套管2；
固定框架3安装在输水管道6上方，该固定框架3内设有能够竖直移动的可升降调压塔体1；可升降调压塔体1顶部设有注水口8；
伸缩式连接套管2由内管21和外管22组成，该内管21可上下移动地设于外管22内；内管21上端与可升降调压塔体1底部相连通，连通处设有单向阀4；当稳定运行的工况下，单向阀4保持关闭状态，防止输水管道6内的水体流入可升降调压塔体1内部。
外管22下端与输水管道6相连通；内管21和外管22连接处、外管22内径处设有密封环7，以确保在连接管伸缩过程中，连接处不会漏水，可以把可升降调压塔体1顺利顶起，同时可升降调压塔体1的面积和重量设置应满足可以顺利被顶起上升并满足压力防护标准。
可升降调压塔体1左右外侧各设置了三个辅助滑轮5；各辅助滑轮5与对应的固定框架3内壁紧贴，固定框架3直径等于可升降调压塔体1直径加上两侧辅助滑轮5的直径，保障塔体在升降过程中，辅助滑轮5可在固定框架3内侧自由上下滑动，避免在升降过程中左右摇摆晃动。固定框架3和辅助滑轮5控制了可升降调压塔体1的升降范围。根据不同工况，固定框架3顶端延伸出来的结构框架用来限制可升降调压塔体1的最高升降高度。
单向阀4采用不锈钢材质，单向阀4直径与内管21的内径一致。
下面结合图3和图4对本发明防护过程作进一步说明，如图3所示，本发明通常安装在泵后局部高点处，用来缓解该处因为水锤产生的压力波动，可升降调压塔体1与上库9和下库10位置如图3所示。
一种可升降式调压塔水锤防护结构的调压方法，该方法包括如下步骤：
（1）根据具体工况输水管道分布和压力变化的情况，确定出安装可升降调压塔体1的位置和可升降调压塔体1内初始水位，在稳态正常工况下，可升降调压塔体1内初始水位压力小于塔底压力，确保塔底单向阀4保持关闭状态；
（2）当停泵事故发生，输水管道6中产生升压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体1位置，随着压力的增加并大于可升降调压塔体1重量后，连接套管中的内管21升高，可升降调压塔体1开始上移，起到对水锤的抑制作用；
（3）当停泵事故发生，输水管道6中产生降压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体1，随着压力的减小，可升降调压塔体1开始下降，并当可升降调压塔体1底部压力小于可升降调压塔体1体内水位压力时，单向阀4开启工作，可升降调压塔体1体内水体流入输水管道6内，进行补水增压，在水体向下流过程中会推动移动柱11向下移动，设置限位板用于限位；
（4）当整个防护过程结束，需从注水口8处向塔内补水，恢复初始设置水位。
在降压防护过程中，可升降调压塔体1内水位足够满足负压补水量，从而达到防护需求。
具体工作原理如下：
如图4（A）中状态1所示：稳定状态下，伸缩式连接套管2对可升降调压塔体1本身没有支撑力，即可升降调压塔体1整体重量靠底部水压力支撑，根据具体工况也可设置可升降调压塔体1整体重量靠连接套管或者依靠底部水体压力和连接套管共同支撑的情况。
如图4（B）中状态2所示：升压状态下，如果稳定状态设置可升降调压塔体1全部由底部水体压力支撑，那么正压刚到达可升降调压塔体1位置时，可升降调压塔体1直接随着压力增加开始上升；如果稳定状态设置是可升降调压塔体1重量由伸缩式连接套管2和底部水体压力共同支撑，那么当正压刚到可升降调压塔体1位置，压力未大于可升降调压塔体1整体重量时，可升降调压塔体1不发生移动，随着正压不断增大，大于可升降调压塔体1整体重量后，连接套管的支撑力逐渐减小，可升降调压塔体1慢慢开始上升。
如图4（C）中状态3所示：在正压作用下，可升降调压塔体1到达最高点，以此来确定固定框架3上边界的限制高度，以及伸缩式连接套管2的最大伸缩高度。
如图4（D）中状态4所示：经过一定压力震荡时间，可升降调压塔体1开始向下回落。
如图4（E）中状态5所示：在负压作用下，可升降调压塔体1下降回初始位置，从靠可升降调压塔体1底部水体压力支撑逐渐转移到伸缩式连接套管2支撑，并当可升降调压塔体1底部的单向阀4阀门压力小于可升降调压塔体1内部水位时，单向阀4阀门开启工作开始补水。
实施例二：
在实施例一的基础上，为增长使用寿命，在小范围的压力波动情况下可升降调压塔体1不发生任何移动和补水动作，本发明还包括移动柱11和限位板。
内管21内、单向阀4下方设有一移动柱11，该移动柱11底面均布若干个沿高度方向的通孔，移动柱11能够沿内管21内竖直移动；固定框架3内设有一金属簧片12，初始状态下如图5所示，金属簧片12呈水平状态，金属簧片12具有良好的弹性。
移动柱11下方设有限位板13。
当停泵事故发生，输水管道6中产生升压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体1位置，当升压水锤在一定数值内，水锤波推动移动柱11在内管21内向上移动，金属簧片12对可升降调压塔体1进行限位，可升降调压塔体1保持不动，当升压水锤超过在一定数值，移动柱11移动到与内管21内单向阀4相抵触，推动可升降调压塔体1向上移动，金属簧片12发生折弯，折弯部与可升降调压塔体1侧壁相抵触；当可升降调压塔体1下降到初始位置，金属簧片12恢复初始的水平状态。
当停泵事故发生，输水管道6中产生降压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体1，当降压水锤在一定数值内，单向阀4不开启补水，移动柱11在内管21内向下移动，实现增压，由此可以实现在正常和一定范围的压力波动工况下，可升降调压塔体1不发生任何移动和补水动作，从而增长设备的使用寿命。
一种可升降式调压塔水锤防护结构的调压方法，该调压方法包括如下步骤：
（1）根据具体工况输水管道分布和压力变化的情况，确定出安装可升降调压塔体1的位置和可升降调压塔体1内初始水位，在正常工况下，可升降调压塔体1内初始水位压力小于塔底压力，确保塔底单向阀4保持关闭状态；
（2）当停泵事故发生，输水管道6中产生升压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体1位置，当升压水锤在一定数值内，升压水锤推动移动柱11在内管21内向上移动，可升降调压塔体1保持不动，当升压水锤超过一定数值，移动柱11移动到与内管21内单向阀4相抵触，随着压力的增加并大于可升降调压塔体1重量后，连接套管中的内管21升高，可升降调压塔体1开始上移；
（3）当停泵事故发生，输水管道6中产生降压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体1，降压水锤一定范围内单向阀4不开启补水，移动柱11在内管21内向下移动，实现增压，当降压水锤超过一定范围后，随着压力的减小，可升降调压塔体1开始下降，并当可升降调压塔体1底部压力小于可升降调压塔体1塔内水位压力时，单向阀4开启工作，可升降调压塔体1塔内水体流入输水管道6内，进行补水增压；
（4）当整个防护过程结束，需从注水口8处向可升降调压塔体1内补水，恢复初始设置水位。
Claims (3)
1.一种可升降式调压塔水锤的调压方法，其特征在于：包括可升降式调压塔水锤防护结构，所述可升降式调压塔水锤防护结构包括固定框架和伸缩式连接套管；
所述固定框架安装在输水管道上方，该固定框架内设有能够竖直移动的可升降调压塔体；所述可升降调压塔体顶部设有注水口；
所述伸缩式连接套管由内管和外管组成，该内管可上下移动地设于外管内；所述内管上端与可升降调压塔体底部相连通，连通处设有单向阀；
所述外管下端与输水管道相连通；所述内管和外管连接处、外管内径处设有密封环；当稳定运行的工况下，单向阀保持关闭状态；
所述单向阀直径与内管的内径一致；
该调压方法包括如下步骤：
（1）根据具体工况输水管道分布和压力变化的情况，确定出安装可升降调压塔体的位置和可升降调压塔体内初始水位，在正常工况下，可升降调压塔体内初始水位压力小于塔底压力，确保塔底单向阀保持关闭状态；
（2）当停泵事故发生，输水管道中产生升压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体位置，随着压力的增加并大于可升降调压塔体重量后，连接套管中的内管升高，可升降调压塔体开始上移；
（3）当停泵事故发生，输水管道中产生降压水锤时，当水锤波到达可升降调压塔体，随着压力的减小，可升降调压塔体开始下降，并当可升降调压塔体底部压力小于可升降调压塔体塔内水位压力时，单向阀开启工作，可升降调压塔体体内水体流入输水管道内，进行补水增压；
（4）当整个防护过程结束，需从注水口处向可升降调压塔体内补水，恢复初始设置水位。
2.根据权利要求1所述的可升降式调压塔水锤的调压方法，其特征在于：所述可升降调压塔体左右外侧各设置了三个辅助滑轮；各辅助滑轮与对应的固定框架内壁紧贴。
3.根据权利要求1所述的可升降式调压塔水锤的调压方法，其特征在于：所述单向阀采用不锈钢材质。
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