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輸水管道排氣閥的增設

[11-20 17:25:26]   來源:http://www.laecpy.live  施工技術   閱讀:8199

概要:一、前言輸水管道,主要指水源至凈水廠或凈水廠至配水管網的管道。由于輸水管道負擔全系統供水,且壓力較高,所以它的安全運行問題始終被從水部門和設計部門所重視。輸水管道常見的事故是爆管,引起爆管的原因主要有:溫度應力、管材質量、施工質量、地質構造和水錘等。管道中的氣囊雖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,許多爆管并未發生在高點或低點,而是發生在高點后的下彎管段,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,凈水廠與送水泵站分建,二者相距5公里,凈化水靠重力流送至送水泵站,凈水廠清水池高程210m,送水泵站清水池高程185m,輸水管為DN800連續鑄鐵管,平均流速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,但排氣閥后50m處,多次發生爆管事故,后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,只在新裝

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  一、前言

  輸水管道,主要指水源至凈水廠或凈水廠至配水管網的管道。由于輸水管道負擔全系統供水,且壓力較高,所以它的安全運行問題始終被從水部門和設計部門所重視。

  輸水管道常見的事故是爆管,引起爆管的原因主要有:溫度應力、管材質量、施工質量、地質構造和水錘等。管道中的氣囊雖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,許多爆管并未發生在高點或低點,而是發生在高點后的下彎管段,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,凈水廠與送水泵站分建,二者相距5公里,凈化水靠重力流送至送水泵站,凈水廠清水池高程210m,送水泵站清水池高程185m,輸水管為DN800連續鑄鐵管,平均流速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,但排氣閥后50m處,多次發生爆管事故,后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,只在新裝排氣閥后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(安排氣閥后無爆管)。下面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)。在這種狀態下,水中的氣體要逐漸地析出,形成大小

  不等的氣泡上升到管壁,氣泡按水流流速向前運動。在上坡段,由于浮力的作用,氣泡流速可能大于水流速。因管壁有一定粗糙度,各氣泡運動方向相同,很難聚集成大氣泡。小氣泡沿管壁一定寬度向前流動,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游流去。由于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越過排氣孔也向下游流去(見圖二)。

  越過排氣閥的氣泡順坡而行,運動方向與氣泡所受浮力的分力P1方向相反(見圖三),這個浮力合力產生的阻力,必然使氣泡運動的速度減慢,后序氣泡容易撞擊前面氣泡而全成大氣泡,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=1/6πd3·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——氣泡最大截面積(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%26gt;C時,氣泡向上移動。

  2.管道中氣囊的形態

  前述氣泡平衡問題時,假定了氣泡為直徑等于d的球形,這只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,由于表面張力的的作用,它將以半橢圓形狀存在(見圖四)。隨著氣泡逐漸長大,氣泡的形狀將受水流推力、重力和管道形狀控制,在長度方向伸長較大,在橫向成弓形。

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