[发明专利]水输送系统中的溢流式稳压塔

说明书

技术领域

本发明涉及长距离输水、配水管网系统技术领域，具体地说是一种保证输、配水系统运行安全的水输送系统中的溢流式稳压塔。

背景技术

众所周知，随着人类社会的集中化城市化，城市内的水资源将日益溃乏。以我们辽宁省为例，大伙房水库输水工程的主要供水对象为辽宁中部地区城市群的城市生活和工业用水。目前，浑河、太子河、大辽河流域生态环境恶化，地下水超采，水资源严重短缺，已成为制约当地经济可持续发展的重要因数。为缓解浑、太地区水资源供需矛盾，加快老工业基地产业结构调整和改造，促进该地区水资源合理配置，使水环境得到改善，推动当地国民经济可持续发展，国家计委批准了大伙房水库的输水(二期)工程，该工程的建设目的旨在解决辽宁中部城市生活和工业用水供不应求矛盾，使城市基础设施与城市建设迅速发展相适应，与人民生活水平的逐步提高相适应。

大伙房输水二期工程属于规模630万吨/日、向7个城市供水、供水距离长达238km的密闭压力输水系统，其系统复杂、规模之大，都是前所未有的，这样系统目前属于国内最大最复杂的输水系统，而且所供之水量均占各市的总水量56％以上，工程的安全性就显得极为重要。

由于加压站的上游有长达142.14Km的重力流输水管道，加压站下游有70多km的压力流输水管线，工程的安全保证，需考虑系统的静水压问题及各种运行工况之间的切换时所产生的水力过渡过程的压力变化等问题，目前国内主要采用圆筒式溢流塔，其技术方案是，在塔顶设堰下水室，汇集堰下水流入溢流水道，然后在地面设消力池和排水渠。这种溢流塔上部结构体积庞大、复杂，在高出地面25-55m的情况下，塔身结构复杂，稳定性差，施工难度大，投资多。同时在管路事故关阀后，很难快速泄流。

发明内容

本发明的目的是提供一种水输送系统中的溢流式稳压塔。其主要工作原理是当管路水平进水管水头大于上水竖管高程时，在塔顶产生溢流，经下水竖管和水平出水管将水排出本发明的溢流式稳压塔，达到减小管路压力和大量泄水的目的。

本发明的目的是这样实现的：它包括有在水平输送管线的一处切断而形成的水平进水管及水平出水管，其特征是：在水平进水管端部通过弯头连接有一垂直于地面的上水竖管，在上水竖管顶部通过拱形水管连接有一与上水竖管平行设置的下水竖管，在下水竖管的底部通过三通弯头与水平出水管固定连接，在下水竖管底部以下相对应的位置上还设置有一减少塔顶部溢流的水流对下部冲击的缓冲式水垫层；在拱形水管上均匀分布有塔顶进、排气阀，在下水竖管的内侧至少设置有两个消能整流环，该消能整流环的孔径为下水竖管管径的0.8-0.9。

本发明溢流式稳压塔的结构及工作原理：

溢流式稳压塔结构

稳压塔是水系统中的一个重要的安全保障设施。本发明主要由上水竖管、下水竖管及拱形水管组成的倒“U”型管稳压塔结构，当输水管内压力超过临界压力时，溢流塔会自动溢流，能有效减小输水管路的压力，起到保护管路，防止爆管的作用，同时不会对主管道系统产生水力波动影响，可保证主管道水系统的稳定。

本发明的倒“U”型稳压塔中水流为水气两相流的复杂流态，其结构形式像虹吸管，这要求塔顶部应设置进气口，破坏虹吸产生以及避免空蚀，同时又要在顶部溢流处保证一定的负压，能在主管道系统事故关阀时，使泄流量较大。同时又要具备排气功能，以排除水中聚集在“U”型管顶部的气体，因此则塔顶部设置了进排气阀，进排气阀的进气孔孔径和排气孔孔径要根据不同工况计算确定。

考虑到溢流水位较高和保证下水竖管流态为稳定流，需在泄水竖管溢流段，即在所述的靠近拱形水管的上水竖管上部设置有消能整流孔板结构，根据需要，在上水竖管上一般设置有2-10个消能整流环，该消能整流环的孔径为下水竖管管径的0.8-0.9，并通过设在下水竖管底部的缓冲式水垫行消能，所述的缓冲式水垫层的深度范围为水平出水管管径的1-1.5倍。

本发明的溢流式稳压塔工作原理

当水进入拱形水管(180°弯管)时，拱形水管的内壁对水流起着约束作用，使水流沿弯管做曲线运动，从而在拱形水管内形成特有的急变流运动规律。流过拱形水管的液体在离心力的作用下，在弯曲管段部分产生的压力和速度分布不均匀，这种不均匀的分布会传递到下游很长一段距离，引起下游液体的速度、压力分布发生变化。由于液体流过拱形水管时所受的离心力较大，液体有向拱形水管外侧运动的趋势，气体则被挤压到拱形内侧。由于外侧压力较高，液体就向压力较低的内侧流动，在拱形处占据了整个管道截面，形成了液封，气体就被堵塞、压缩，而部分液体则产生回流，从而在下降管内形成间歇性流动，造成下降管段内气液两相流流态严重，管内的压力波动较大。