长距离供水工程中的水锤防护

合理的水锤防护措施是供水系统安全经济运行的保障，单向塔、空气罐与空气阀是泵站及供水系统出现事故时的主要工程防护措施。本项研究以水锤分析为基础，针对长距离供水管道中的水锤特征，研究考虑摩阻影响的输水系统水锤公式，并探讨其适用范围，为水锤理论的深化拓展奠定基础；构建设置单向塔与空气阀方案进行水锤防护的理论分析和数值优化框架，明确长距离供水工程单向塔设置位置与高度的关系，提出不同工况下供水管线中设置单向塔与空气阀应满足的基本准则，为工程设计提供参考；针对空气罐防范水锤的特点，提出空气罐的适用条件及体型尺寸的设计理论，为工程应用提供依据；针对原空气阀数学模型的缺陷，提出合理假设，建立新的空气阀模型，为空气阀进、排气过程的模拟预测提供科学方法。

合理的水锤防护措施是长距离供水工程安全运行的保障，单向塔、空气罐与空气阀是供水工程出现事故时的主要防护措施。项目组通过参加国内外学术交流、开展模型试验、收集整理国内多个大型供水工程实际运行资料，取得了如下研究成果：. （1）针对长距离供水管道中的水力过渡过程特征，考虑长管道水力充填对水锤大小的影响，推导了直接水锤计算公式，同时修正了间接水锤公式，修正后的水锤计算公式不仅可用于供水系统水锤分析，同时还为折线关阀规律的设计提供了科学依据，完善了传统的水锤理论。. （2）针对两种不同类型的泵站供水系统，结合水泵全特性曲线，确定了泵后最小降压可能发生位置，推导了最大降压值的理论计算公式，并通过实际工程进行了验证，为长距离供水工程的管路设计与水锤防护提供了理论指导。. （3）进行了单向塔的水锤防护性能研究。在确保管道运行不出现负压的前提下，构建了单向塔布置的理论分析和数值优化总体框架，明确了多个串联单向塔的设置位置与高度关系，提出了不同工况下长距离供水管线中设置单向塔应满足的通用准则，同时结合工程实例，进行了单向塔布置方案优化，为长距离供水管道中单向塔的布置提供了科学依据。. （4）进行了空气阀的水锤防护性能研究。针对原空气阀数学模型的缺陷，建立新的空气阀模型，为空气阀进、排气过程的模拟预测提供科学方法；在满足管道最大允许负压设计标准的前提下，明确了不同空气阀设置位置、间距、数量与管道布置的关系，推导了不同工况下长距离供水管线中设置空气阀应满足的通用准则与相关公式，同时结合具体工程实例，进行了空气阀布置方案优化，为长距离供水管道中空气阀的布置提供了科学依据。. （5）推导了空气罐防护方案下的涌浪极值、压力极值近似理论解，分析了空气罐阻抗孔尺寸、水气比、温度、多方指数、运行工况对水力过渡过程的影响规律；针对空气罐三种可能的运行控制模式，给出了不同模式下的空气罐运行范围，并进行了试验验证，为供水工程中空气罐的推广应用与安全运行提供了理论依据。. （6）针对长距离供水工程中单一水锤防护措施的缺陷，开展了单向塔与空气阀、空气罐与空气阀水锤联合防护措施研究，并提出了水锤防护措施联合布设方法与原则，为长距离供水管道布置方案优化提供了科学指导。