论供水工程中管道安全防护

论供水工程中管道安全防护

吴柳林

昆山市自来水集团有限公司 

摘要：结合当前供水工程中有压管道输水系统的发展情况，分别就其中所涉及到的水击问题、孔板消能问题以及螺旋流消能问题进行重点分析，探讨了相关的理论以及工程实践应用情况，希望对于今后全方位提升供水工程中管道安全防护工程实践应用水平有所帮助。

关键词：供水工程，管道防护，水击问题，孔板消能，螺旋流消能

结合当前供水工程中有压管道输水系统的发展情况，系统压力则是进行水流输送的重要动力源，但从实际的工况条件下，特别是在地形地貌条件限制下，会造成系统压头超出输送水流所需消耗的能量的情况，这就应该及时来消除多余能量，否则会造成整个输水系统的危害性。这里重点从这个角度探讨了供水工程中管道安全防护的相关问题。

1水击问题研究

考虑到有压管道在输水的水击问题，主要是考虑到存在着急剧变化的水流流速影响下而造成压力大幅度波动的问题，这样容易造成整个系统的破坏作用。当前，主要是从水击理论以及水击防护的角度开展了相关的研究。

通过在水击理论研究的基础上，很多学者非常重视理论和实际工程项目相互结合，而提出相应的水击的瞬变特性分析，以及如何有效进行相应的危害控制等方面的问题。具体来说，针对相应的防止水击发生以及消除水击危害方面开展了一系列的试验分析，特别是对于压引水管道系统中的非恒定流情况有着相关的研究成果。

在最近几十年的情况中，我国也对于水击情况开展相关的试验情况。其中，刘竹溪等人重点分析了含气水锤或有压管道输水系统相关试验工作，明确提出了相应的水锤及含气水锤防护工作的重要性。另外，部分学者探讨了事故停泵时止回阀由于受到重力的影响，则会明显地保障满足而存在着止回阀的空穴情况，并能结合相应的水击波正负作用下造成的破坏影响进行探讨，进而探讨了有效的旋启式水阻可控缓闭止回阀，能解决上述问题，有效控制相应的含气水锤压力损失问题，这种装置能具有良好的应用效果，适应于输水管道系统中。其中，有学者提出了水泵系统中阀门最优关闭的方法，能结合实际探讨了阀门的关闭特性，并能结合实际来探讨了如何有效防止水锤影响，以及相关两个环节中符合实际情况的最优关闭阀门程序，但需要考虑到一定的条件限制情况。朱满林等人则是利用数值模拟技术的优势，能有效分析并研究了压管道中空气阀水锤防护问题，通过有效的算例，借助于特征线法来数值仿真计算相应的水锤防护效果。

从这个角度来看，在相应的压管道系统的大量应用背景下，很多学者从水击的分析以及探讨，能逐步走向实践的应用，具有较强的实践性特点。

2 孔板消能问题研究

在相应的压流动条件的作用下，能借助于孔板消能装置，造成孔板位置存在着加速水流的情况，而后在通过孔板则会实现和水体的激烈剪切作用，并能造成相应的孔板消能室内部存在着较高程度的湍流情况，这样能有效实现水流能量的消耗。当前，相关的水流水电项目的引水洞、导流洞则结合实际来进行相应的改建，能够有效通过突缩突扩式、竖井旋流等方式来实现消能的作用。这种装置都是考虑到相应的孔板消能的特性，能更好地符合线式长距离输水系统中旁路管道方式来避免造成存在着水击的影响，对于水利项目具有重要意义。

当前，单孔多级设置孔板消能装置应用的典型案例则是小浪底水利枢纽泄洪洞，在这项水利工程中，则是通过三条超大直径的导流洞进行改建处理，将其成为永久性泄洪洞。通过相关的设计以及研究表明，重点对于相关内部的水流速度、流动形态以及动态化压力情况进行相关的试验，探讨了相对应的孔板消能室内空化、孔板消能装置水头损失系数等参数变化情况。通过相关的试验研究工作，孔板消能工消能具有明显的效果，能符合工程的总体需求，有效实现泄洪洞内断面水流的平均流速得到全面降低，这样就可以有效降低在工程实践中由于高含沙水流而造成的泄洪洞衬壁磨损问题。通过上述案例，充分表明针对长距离有压输水系统中的过压消能来说，充分利用孔板消能的装置具有明显的效果。

3螺旋流消能问题研究

螺旋流在工业生产以及日常生活中具有广泛的应用空间，如，旋风分离器、涡管效应、水流泥沙旋流器、龙卷风以及管道中所涉及到的螺旋流消能器等。对其分析可知，螺旋流在运动环节具有较大的涡量及动能，这也是众多学者的研究特点。如果能将这种能量加以合理化应用，则可以有效推动管道中其他物质，如涉及到螺旋流管道的水力输送等内容，另外，在此环节中，还涉及到大量的能量消耗问题，可以尝试开展相应的在线式管道消能防护工作。

对于螺旋流的起旋工作进行分析，主要涉及到入口段可进行导流片、旋流轨道、导叶栅、水流切向喷射等几种方式，这些内容的研究已经较为成熟，大都集中在影响螺旋流流动特性的影响因素方面，如何实现结构优化方可以全面提升螺旋流的起旋装置的性能。当前，数值模拟技术则是应用的重点，很多学者利用计算流体动力学软件构建了诸多的修正湍流模型，宫崎薰则是利用标准k-ε湍流模型，数值分析了自生成螺旋流装置螺旋流流场的内部流动情况；孙西欢则是重点分析了圆管螺旋流的局部起旋器，并对于圆管螺旋流出口段的轴向流速与周向流速分布进行数值模拟研究，指出在水惯性以及流动性的影响下，螺旋流轴速度分布受到周向旋转水流的作用，呈现出类对数分布的流速情况，对于周向速度来说，则呈现出由部分断面向全断面渐变为线性分布的特点。当前，部分学者进行了有压长距离输水管道系统中螺旋流的数值模拟研究，这样必将对管道系统螺旋流的研究工作指明新的研究方向。

4 结论

综上所述，随着有压输水工程中的管道安全防护工作的逐步开展，在实践中，孔板消能具有良好的效果，并具有较为广泛的应用，这里结合相应的水击理论以及工程实践应用的问题，分别从水力瞬变流、管道消能及管道输运能耗方面问题进行探讨，提出了工程实践中所涉及到的水锤防护、数值模拟等分析内容，并总结了相应水锤防护、孔板消能、以及螺旋流的研究工作，希望对于今后的管道防护工作具有一定的帮助。

参考文献：

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