[发明专利]一种管道输水系统空气阀防水锤的口径计算方法

说明书

本发明涉及一种管道输水系统空气阀防水锤的口径计算方法，包括：确定极限水锤强度；计算最大水流速度；计算最小排气压力；计算最小排气速度；确定空气阀的最大排气面积；确定空气阀的最大排气口径。本发明填补了目前空气阀在设计选型中关于排气口径大小研究的空白，所述的计算方法能够根据输水管路的特性，选定适合的空气阀口径，从而进一步保障空气阀起到良好的水锤防护作用，为规范化防水锤空气阀的选定提供了科学依据。

技术领域

本发明涉及一种管道输水系统空气阀防水锤的口径计算方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

时空分布不均或资源性短缺是我国的水资源现状以及部分地区经济社会发展的掣肘，长距离引调水工程是优化水资源配置最常见的工程措施。引调水工程通常采用明渠、管道、隧洞、箱涵等进行输配水，其中，管道输水受外界干扰小、占地少、且能适应复杂地形、地貌和气候条件，应用更为广泛。

在使用管道进行输水时，由于边界条件改变、运行工况切换、发生事故或应急工况，水流流速变化引起系统压力波动，发出类似锤击管道的声音，称之为水锤或水击现象。在不采取工程防护措施的情况下，管道水锤可产生数百米的瞬态高压，发生管道爆裂；也可能产生真空汽化，管道被压瘪或水柱弥合产生的瞬态高压使管道破裂。

空气阀是常见的管道防护设备之一，它的作用包括：①在系统首次充水或停运检修后再次启动时，排出管道内的空气。②出现水锤负压时打开，使空气快速进入管道，避免管道被压瘪或出现真空汽化；管道压力高于大气压时，排出吸入管道内的气体。③排出管道正常运行时析出的气体，以免滞留气囊增加水流阻力，影响输水效率，进而增加运行成本。

利用空气阀可以对管道输水系统进行水锤防护已经成为了相关领域的共识。针对空气阀的设计选型，国内外规范和文献给出了空气阀的布设位置和布设间距。①在布设位置方面，国内外观点基本一致，具体为局部高点(high points)、主管道阀门排水侧(draining side of mainline valves)、降坡变陡点(increased downslope)、升坡变缓点(decreased upslope)、长上升段(long ascents)、长下降段(long descents)、水平段始末或中间(horizontal runs)、流量计前(upstream of venturi meters)。②在布设间距方面，建议值一般为400～1000m。我国国家标准《室外给水设计规范(GB50013-2006)》第7.4.7条规定：“输水管(渠)道隆起点上应设通气设施，管线竖向布置平缓时，宜间隔1000m左右设一处通气设施。配水管道可根据工程需要设置空气阀”；美国水行业协会(AWWA)技术手册《Air Release,Air Vacuum and Combination Air Valves(M51)》建议对于单一坡度管道上空气阀的布置间距为400～800m；英国国家标准《Code of Practice for Pipelines-Part2:Pipelines on land:design,construction and installation(BS8010-2.5)》则建议空气阀的布置间距为500m，同时应考虑主管道直径和空气阀的类型。综上，根据现有技术规范可基本确定空气阀的布设位置和间距。但针对空气阀设置的另一关键因素——进排气口面积的大小，或者说空气阀进排气口径的大小，尚未有规范和研究给出确定方法和依据。因此，如何选定空气阀口径是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提出了一种管道输水系统空气阀防水锤的口径计算方法，所述方法能够根据输水管路的特性，选定适合的空气阀口径，从而进一步保障空气阀起到良好的水锤防护作用。

本发明的目的是这样实现的：一种管道输水系统空气阀防水锤的口径计算方法，包括如下步骤：

步骤1，确定极限水锤强度：采用以下公式确定系统的极限水锤强度ΔH；