胡颖姝

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 辽宁 沈阳 110166)

运行管理

长距离输水工程干线隔断阀切换过程水力过渡分析

胡颖姝

(辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 辽宁 沈阳 110166)

本文以大伙房水库长距离输水工程为研究对象，针对其干线隔断阀切换过程的水力过渡展开分析，在分析水锤计算特征相容方程的基础上对干线隔断阀切换过程水力过渡进行详实具体分析，以期对输水工程运行确保持续、有效提供指导。

长距离输水工程；隔断阀切换；水力过渡

大伙房水库输水(二期)工程输水系统全长约253km，属于大流量、超长距离输水工程，采用双线并行完全重力流供水，以保证输水的可靠性。由于在两条管道并行供水过程运行工况中，在对输配水系统中不同位置阀门进行操作时，造成的水流切换将导致整个输配水系统中发生水力过渡过程，为满足设计要求以及保证输配水系统安全，对输配水系统中不同位置的隔断阀进行操作时所引起的水力过渡过程进行计算，通过分析其水锤变化，为输配水系统的安全调度运行提供科学依据。

1 水锤计算特征相容方程

描述任意管道中的水流运动状态的基本方程为

(1)

(2)

上二式中H——测压管水头；

Q——流量；

D——管道直径；

A——管道面积；

t——时间变量；

a——水锤波速；

g——重力加速度；

x——沿管轴线的距离；

f——摩阻系数；

β——管轴线与水平面的夹角。

式(1)、式(2)可简化为标准的双曲型偏微分方程，从而可利用特征线法将其转化成同解的管道水锤计算特征相容方程。

长度为L的管道AB，对其两端点A、B边界在t时刻的瞬态水头HA(t)、HB(t)和瞬态流量QA(t)、QB(t)可建立如下特征相容方程：

(3)

(4)

其中

以上式中Δt——计算时间步长；

ΔL——特征线网格管段长度，ΔL=aΔt(库朗条件)；

k——特征线网格管段数，k=L/ΔL；

R——水头损失系数，R=Δh/Q2；

其他符号意义同前。

水力过渡过程计算一般从初始稳定动行状态开始，即取此时t=0，因此当式中(t-kΔt)<0时，则令(t-kΔt)=0，即取为初始值。

式(3)、式(4)均只有两个未知数，将其分别与A、B点的边界条件联列计算，即可求得A、B点的瞬态参数。

2 干线隔断阀切换过程水力过渡分析

2.1 计算工况说明

为安全起见，特选取在较低水库水位119.68m、各净水厂用水量最大的2月4日进行计算，由于这种工况具有包络性特点，即如果这种工况下，隔断阀的操作可以满足供水要求，则可认为其他工况下系统都能够满足各城市的供水要求。

2.2 沈阳(2)净水厂至3号稳压塔隔断阀动作

沈阳(2)净水厂至3号稳压塔的隔断阀布置见图1。

图1 沈阳(2)净水厂至3号稳压塔的隔断阀布置

图1中，1号管路长达17km，当1号管路安排检修时，需要切断1号管路水流，具体计算结果见表1和图2～图5。

表1 沈阳(2)净水厂至3号稳压塔隔断阀操作

续表

图2 沈阳(2)配水站压力变化过程

图3 沈阳(2)配水站干线流量变化过程

图4 隔断阀前后压力变化过程

图5 3号稳压塔水位变化过程

由于1号管路与2号管路对称，当2号管路检修时，可通过操作阀4来切断水流，其中发生的水力过渡过程与1号管路相同。

由表1和图2～图5的计算结果可以看出，当操作沈阳(2)净水厂至3号稳压塔隔断阀时，只要隔断阀正确操作，操作时间900s，在管路中不会产生大的水锤压力，满足管道校核内水压标准。但由于隔断阀切断水流，导致下游净水厂供水流量发生变化，其中辽阳净水厂的供水流量只有原来的65.90%，不满足设计标准(70%)，其他净水厂的供水流量均能满足事故水量要求。

2.3 3号稳压塔至4号稳压塔隔断阀动作

3号稳压塔至4号稳压塔的隔断阀布置见图6。

图6 3号稳压塔至4号稳压塔的隔断阀布置

图6中，1号管路长达22.5km，当1号管路安排检修时，需要切断1号管路水流，具体计算结果见表2和图7～图10。

由于1号管路与2号管路对称，当2号管路检修时，可通过操作阀4来切断水流，其中发生的水力过渡过程与1号管路相同。

表2 3号稳压塔至4号稳压塔的隔断阀操作(900s关阀) 单位：m3/s

图7 沈阳(2)配水站压力变化过程

图8 沈阳(2)配水站干线流量变化过程

图9 隔断阀前后压力变化过程

图10 4号稳压塔水位变化过程

由表2和图7～图10的计算结果可以看出：当操作3号稳压塔至4号稳压塔的隔断阀时，只要隔断阀正确操作，操作时间900s，在管路中不会产生大的水锤压力，最大动水压力为0.74MPa，满足管道校核内压标准。但由于隔断阀切断水流，导致了下游净水厂供水流量发生变化，其中辽阳净水厂的供水流量只有原来的52.30%，不满足设计标准(70%)，其他净水厂的供水流量均能满足事故水量要求。

3 结 论

通过模拟计算结果可以看出，当不同干线上隔断阀切断水流后，大部分情况下会导致其下游某个净水厂的供水流量不能满足事故水量要求，但同时通过计算发现，对于双线管道供水，切断其中一条干线管道后，剩余的另外一条干线管道所输送水量大部分均超过了原输送水总量的80%，这一结果说明不是单线输送能力的问题，而是下游流量分配不均导致了其下游某个净水厂供水流量没有满足事故水量要求，只要下游各配水站干线及支线调流阀适当动作，重新合理分配各净水厂水量，当干线管道上隔断阀工作时，即使单线供水，也基本可以保证下游各净水厂的事故水量的要求。计算表明，只要隔断阀合理操作，缓慢关闭，在系统中不会出现超过管道设计内水压力的水锤，管道内没有负压存在。fffffc

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Analysis on Hydraulic Transition During Switching Process of Isolation Valve in Main Line of Long Distance Water Conveyance Project

HU Yingshu

(ConstructionBureauofDahuofangReservoirWaterConveyanceProjectofLiaoning,Shenyang110166,China)

Taking the long distance water conveyance project of Dahuofang Reservoir as the research object, this paper analysis on the hydraulic transition during switching process of isolation valve of its main line. It makes a detailed analysis of the specific hydraulic transition during switching process of isolation valve of the main line based on the analysis of the water hammer calculating characteristic compatibility equation, with the purpose of providing guidance for the continuous and effective operation of water conveyance project.

long distance water conveyance project; switching of isolation valve; hydraulic transition

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.01.007

TV672.2

A

1673-8241(2017)01- 0020- 04