[发明专利]同步多级阀门定位大口径管道系统防水锤的安全控制方法

说明书

本发明公开了一种同步多级阀门定位大口径管道系统防水锤的安全控制方法，利用水锤理论预判并进行初步工程分析；利用AFT‑Impulse软件模拟建立系统模型；进行单线模拟分析或多线模拟分析，依据工况定位二级乃至多级联锁缓闭阀；根据计算报告对定位及闭合条件进行校验和修正，采取具体措施。本发明以大口径管道系统为研究对象，结合水锤理论和AFT软件模拟体现其工程应用价值，最终依据模拟计算结果制定一套可行的防患措施，提供解决单泵大口径管路系统停泵水锤急剧超压问题的一种方法，及实现多泵中单线及多泵同时停泵情况下水锤有效控制，解决事故状态下的一键停泵。

技术领域

本发明属于工业水锤防护领域，特别是一种基于AFT-impulse模拟的同步多级阀门定位大口径管道系统防水锤的安全控制方法。。

背景技术

在泵站管路组成的输送系统中，从某一稳定水力状态过度到另一稳定水力状态中所发生的非稳定流动过程称为管路系统水力过渡过程，即称水锤现象。短暂的水锤现象会造成严重后果。特别是停泵水锤危害大，将造成管件损坏，严重的还造成工厂被迫停产，冲坏设施，设备被水锤压力破坏，造成经济损失甚至危及人身安全的事故。因此提出并采取有针对性的防范措施，具有现实意义。

水锤力本质是由于液流速度变化而产生的惯性力升压，当水泵故障停泵或阀门突然启闭时，动作时间短，整个变化过程迅速，升压剧烈。由于管壁具有弹性，流体介质具有可压缩性，水锤力会以弹性波动的形式沿管道传播，水锤波动(弹性波)在传播过程中，由于内部或边界条件的变化会发生波的反射和干涉，在合适的管段范围内设置自动化控制的联锁缓闭阀(经试验得出可位于模拟得出的高压端附近)，一方面可以增加分段作用，切断水锤波，一方面可以将直接水锤转化为可以抵消的分段类间接水锤，发生波动干涉和抵消。三秒关阀接近直接水锤，20秒关阀属于间接水锤，切断直接水锤或间接水锤波动的联系，经模拟试验，是一种有效减缓水锤作用的方法。

二级联锁法使用的缓闭阀门可为止回或调速型蝶阀等，如常用的全液控止回蝶阀、电动止回蝶阀及调速型电动蝶阀。二级联锁法可以切断水锤波速，转化为类似于间接水锤的升压抵消模式。当然，二级连锁法需要通过模拟分情况及分时间间隔应用，并需要加以验证校核，即推广为系统的防水锤的安全控制流程。

水锤分析计算和分类：

水锤波的波速与管道材料、壁厚、管径和支承方式及介质的弹性模量有关。考虑流体和管壁弹性由流体连续方程可导出水锤波的传播速度为：

式中：a—水锤波速(m/s)；

K—流体体积弹性模量(Pa)，水＝2.06×10⁹pa；

ρ—密度(kg/m³)；

E—管壁材料的纵向弹性模量(Pa)；钢管＝2.06×10⁵MPa；

D-管道内径(m)；

—管道壁厚(m)；

为声波在物料介质中的传播速度，随温度和压力的升高而加大，针对于水密度接近的液相介质，取值为1435m/s。

水锤波在管道中传播一个来回的时间为2L/a，称为“相”。当阀门开度调节时间TS≤2L/a时(L-水锤波的传播距离，m)，由上游反射回来的水锤波尚未到达阀门之前，阀门开度变化已终止，管道末端水锤压力只受开度变化直接引起水锤波的影响，称为直接水锤。通过计算可知，直接水锤的增压很大，在工程设计中应避免发生直接水锤。

若阀门开度的调节时间TS＞2L/a时，当阀门关闭过程结束前，上游反射回来的降压波已经到达阀门处，因此管道末端水锤压力是由上游传播的水锤波和反射回的水锤波叠加的结果，称为间接水锤。降压波对阀门处产生的升压波起到抵消作用，使得此处的水锤小于直接水锤值。求解间接水锤，需已知初始条件及边界条件。发生间接水锤时，水锤压力波的削减及增加过程十分复杂。