小流量大高差单级加压供水管道工程设计

小流量大高差单级加压供水管道工程设计

苗岳欣四川 自贡643000

自贡市水利电力勘测设计院有限公司  四川 自贡643000

《建筑设计管理》

摘要：在本篇文章中，以某项供水工程举例说明，简单论述了小流量大高差单级加压供水管道工程设计要点。其中表现为管道设计、水泵设计、支墩设计以及水锤防护设计。经过工程实践探究表明，面对于流量较小、管径不大但是高差特别大的供水工程，可以采取直接加压方式实施相关的供水作业。此种类型的供水方式和多级加压供水相比较来看，有利于提升管理效率，为后期维护提供诸多的便利。

关键词：小流量；大高差；单级加压供水管道；工程设计要点

    当实施市政供水工程设计工作期间，如果净扬程非常大的情况下，一般是以多级串联加压方式为主解决各项问题。在用水量非常大、用水量处于均匀状态的情况下，分级加压方式比较合理。不过不适合应用于山区农村或者景区供水工程中。这是因为需水量非常小，用水不具备均匀性。一旦应用多级供水方式，将会面临着运行管理不到位和投资成本高等一系列难点。而单级加压供水是一种最佳的选择方式。文章中以某项加压输水管道设计方式举例说明，简单介绍了小流量大高差单级加压供水管道的设计要点，以此为工程设计作业开展提供良好的依据。

1、工程案例

    文章中以某项加压输水管道工程为例，供水工程采取五级泵站提升，提高静扬程480m，输水规模为3000m³/d。因为水体色度、细菌总数、大肠菌群等水质指标完全超出了标准要求，水泵站机组处于老化状态，出现故障的概率非常高，因此难以确保项目区域内居民饮水的水质和水量。为了对景区的基础设施全面改善，提升景区供水质量，确保供水的安全性需要。采取加压泵站的方式，利用配水管网重力供水。

2、工程设计要点

2.1确定合理的加压方式

通过实施现场勘测工作，从原抽水泵站附近的泵房管理站内选择加压泵站地址，管理站的标高为538m。在内清水池设计水面标高为538.76m，设计有效水深3.3m。加压泵站供水加压方式包含了两方面，分别是多级加压以及单级加压。因为供水站和山顶地面之间有着一定的差别，如果采取多级加压供水，那么分级数将会高达7~10级。这是由于泵站扬程低于80m的情况下产生的水锤危害程度比较低，但是分级比较多，也会增加泵站建设成本输出，导致后期运行处于繁琐且复杂的状态，不容易进行管理，十分混乱。而分级程度非常小，将难为以到分级泵站应起到的效果，也不利于泵站运行效率的提高。对此，在设计过程中，应当应用一次加压供水的方式。

2.2确定合理的输水路线

经过现场勘查，为了缩减输水管线的长度，管道一般垂直于等高线布置，沿线选择地质情况良好、容易施工的农田或者上山公路、路肩敷设，以明装和暗敷相互结合到一起的方式为主。

2.3选择管道条数和管径

按照室外给水设计规范以及供水工程技术规范要求、结合工程的实际情况确定综合用水的定额量以及管网漏失水量。综合性考虑到该项供水系统主要是供应风景区域内的几个景点和宾馆用水。按照旅游景点供水的实际情况，除了旅游旺季之外，景区供水主要表现为平均日、平均时的供水量。单管敷设应当与标准要求相符合，按照经济流速的要求计算压力输水管管径。

2.4确定输水管道管材

在本项工程中，以加压泵站一次加压直接供水到山顶的清水池方式，水泵扬程应当超出482m，按照输水管道高程层变化情况。本工程输水管设计承压超出了1.02.5MPA，输水管适合采取钢管，遵循城镇供水长距离输水管道工程技术要求，考虑到管道的试验压力和经济效益，输水钢管应用无缝钢管和焊接钢管相结合的方式。

   因为是根据最大使用压力确定压力输水管道工程压力。因此输水管的最大使用压力应当经过水锤计算加以确定。设计过程中，把输水管按照辐射地面的相对标高实施分段处理，确定管材和承压。

2.5水泵选型

该项工程设计是通过加压泵站把水运输到山顶清水池，水泵设计流量取为最高日平均时流量，依照具体情况明确水泵所需扬程，选择性能良好的水泵设备。保持水泵有着良好的参数，确保水泵的能效与离心泵能效限定值和节能评价值要求相符合。

3、设计管道支墩和镇墩

    管道连接方式包含了两方面，分别是整体连接和非整体式连接。非整体连接管道一般指的是承插式管道。在工程开展过程中，应用的无缝钢管和焊接钢管都是整体连接钢管，按照给水排水设计要求设置支针和镇支墩支撑钢管，从管道转弯处设置固定振动和固定管道，以免管道产生不良的位移现象。因为输配水管中有2600m为架空管道，大部分情况下层压承压非常大。为了考虑安全性，每间隔6~10m左右设置一个支墩，设计的支墩按照不同环境、不同壁厚管道加以设计，依照《水利水电工程压力钢管管道设计规范》和《泵站设计标准规范》。依照规范，作用于支墩之上的荷载表现为多方面。①支墩自重。②支墩上下游管轴方向作用力。③支墩上下游垂直管轴方向作用力。支墩上下游管轴方向作用力包含了钢管支墩分离弯管上的内水压力，作用于闸阀上的水压力。管道直径变化段的水压力，伸缩接头边缝处的内水压力，水流和管壁之间的摩擦力，温度变化以后伸缩接缝填料的摩擦力。温度变化情况下，管道沿着自尊的摩擦力，管道转弯处水流的离心力等。

4、计算以及防护水锤

4.1计算水锤

    第一，计算理论和边界条件的处理。利用特征先把瞬变流的运动方程和连续方程两个偏微分方程转变为两个常微分方程。首先，初始条件按照计算工况把初始定常状态到停泵过程的初始状态是定常流状态，启动边界条件按照计算简图，依照工程精度要求处理系统内的空气阀和闸门，构建符合管路特性的边界条件。使用压力边界点定义进出水池，或者采取分叉管边界条件。第一，旁通管过程的初始状态为流速是零的静止状态。设置阀门阻力特性和关阀程序，停泵以后，为了避免管线高处形成水柱分离现象，应当及时采取相关的模型有效处理，如果当系统压力降低到饱和蒸汽压力之后，发生水柱分离现象。假如压力保持不变，那么空穴体积可以按照空穴的流量变化而变化。一直到压力恢复到饱和蒸汽压力之上即可。

    第二，单泵稳定运行状态之下。输水管沿程压力均在设计承压线之下，管道设计成压符合标准要求。

   第三，分析事故停泵水泵自由倒转情况。当因为事故停泵的情况下，不采取任何措施，已经送到山顶的水将会出现大范围的回流，加剧了能量的浪费。如果全部放空，系统再次启动时，需要大面积的排气，因此考虑在泵后设计逆止阀，以免水量大量倒流。在单泵事故停泵以后，输水管线沿线的压力比管道设计承压值要低很多。

4.2泵站水锤防护

为了避免因为发生事故突然停泵时输水管道中水流倒流，对泵站形成水锤，在设计爆炸过程中，综合性考虑到水泵出口管道上设置电动蝶阀，从泵房外部设置多功能的水泵控制阀以及检修闸阀，多功能水泵控制阀是集合电动阀和止回阀以及水锤消除器为一体的水泵控制阀，能够提升供水系统的安全性和稳定性，将水泵的功能全面体现出来，降低水对于水泵造成的不良影响。与此同时，从泵房出口管道上设置旁通管，旁通管与水泵吸水井连接到一起。如果停泵的情况下，泄水阀前压力超出了该项压力以后，自动开启单向逆止阀，把输水管内的水流设置到吸水井内，减少停泵水锤对于泵站造成的影响。

4.3输水管水锤防护

    依照实际情况合理的控制高程之间间隔时间，设置缓闭式止回阀。分段设置缓闭止回阀，减少输水管内所有水流存在的回流现象，避免水流倒灌，对水泵造成的水锤。与此同时，分段保护还可以减小每段输水管道承受的水压力以及水锤造成的振动隐患，将水锤对管道造成的破坏彻底消除。

5、结语：

    从以上论述来看，该项工程具体的运行流量比较小，虽然水泵所需扬程比较高，不过经过计算以后水锤效应特别较小。在这一情况下，根据不同管压力要求选择管道的承压，能够避免水锤对于管道和泵站造成的危害性。同时如果应用多级加压，也有可能形成管理维护不方便现象。所以该项工程可以直接应用加压方式进行供水。

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