用于供水管道中的新型气囊式水锤防护装置的制作方法

本发明涉及长距离输水工程技术领域，具体涉及一种长距离重力流输水工程，用于减小系统管道中最大水锤压力的结构装置。

背景技术：

长距离输水工程是缓解我国水资源时空分配不均匀的有效手段之一，然而长距离输水工程距离长，水力条件复杂。发生事需紧急事故时需紧急关闭阀门，管道中极易产生水锤压力，当压力超过管道承压标准时发生管道破坏。当系统开始运行时，开阀时产生的负水锤会使管线中某些部位的压力降至蒸汽压力以下，产生水柱分离，分离后的水柱弥合时发生撞击，产生巨大的弥合水锤。水柱弥合压力一般较大，严重时将破坏管道结构，危及输水系统的安全。

现有工程中常用的水锤防护措施主要有空气阀、空气罐等方法。在工程实例中，空气阀虽然对防护负压起到了一定的效果，但是远不能解决事故过程中的水柱分离及其再弥合问题，而且管道进气后，对系统的安全也造成较大的威胁。另外，空气阀对于正压力没有防护作用。空气罐作为有效的水锤防护措施，在大中型的泵站输水系统中得到了良好的应用，但其造价昂贵，运行维护复杂。

基于上述问题，本发明旨在提供一不改变输水系统的主体工程、造价低、易安装、易更换的水锤防护结构装置，该装置能有效缓解水锤压力，保障供水管道系统的运行安全。

技术实现要素：

发明目的：水锤压力破坏能力强，超过承压标准时会对输水管道、水泵、阀门各个部分造成不可计量的危害，是目前长距离输水工程面临的一个严峻的问题，也是亟待解决的一个问题。为了克服现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种可以减小管道水锤压力的同时又能降低系统投资的一种结构装置：一种新型气囊式压力防护装置，在满足调保控制要求的前提下，可以有效节省工程投资。

技术方案：为解决上述问题，本发明提供了一种长距离输水工程中减小管道内水锤压力的防护装置：气囊式压力防护装置，装置包括圆柱形密封金属外壳、气囊式内胆、气压监测器、固定管夹以及连接法兰。金属外壳内安装有气囊，管道上游连接压力前池，下游侧为出水池，靠近出水池安装有自动控制阀门。

具体地，该装置两端各安装有连接法兰和一小段钢管，其中钢管与输水管道直径相同，便于该装置在输水工程中快速安装和拆卸，并有效防止连接处漏水。

具体地，固定管夹起到固定气囊两端的作用，并可有效防止气囊和钢管连接处漏气和漏水。

具体的，水体可通过气囊内部穿过装置。圆柱形金属外壳与内部气囊式内胆之间充满气体，该装置依靠气体的压缩和膨胀特性来控制断面积的大小，反射水锤波，降低关阀时的压力上升及开阀时的压力降低，保证供水系统的安全稳定运行。

具体的，圆柱形密封金属外壳设有气体压力监测装置，以实时监测装置内气压的变化。

具体的，输水管道末端自动控制阀门接收关阀信号后，自动按照预设的关闭规律采用线性规律快速关闭。

下面以重力流输水工程发生紧急事故关闭阀门及运行时开启阀门为例，说明该气囊式压力防护装置的发明原理和效果。

目前输水工程中常规的阀门关闭方法为一段直线关闭，当输水管道较长时，此方法极易产生较大的水锤压力，管道越长，产生的直接水锤越大。设置压力防护装置，可在管路中形成反射条件，缩短压力传播路径的长度，从而减小最大水锤压力，故本发明提供一种反射水锤波的气囊式压力防护装置。当输水系统发生事故需要快速关闭阀门时，下游侧阀门关闭，此时阀门前端会产生较大的水锤压力。水锤压力沿输水管道向上游传递，当压力波传递至气囊式压力防护装置时，压力波在此处反射，有逆向升压波变为正向降压波，传递回下游。当降压波传递至阀门前端时，可有效缓解水锤压力的上升。阀门关闭时，上游侧水流在惯性作用下向下游流动，当压力传递至防护装置时，在水压作用下气囊发生膨胀，压缩外部空气，气压上升。膨胀后的气囊存储一部分水体，进一步减轻下游的水锤压力。

当输水系统开始运行时，阀门开启，阀门前端会产生负水锤压力，负压沿输水系统向上游传递，在防护装置出发生发射，变为正水锤传回至阀前，改善阀前负水锤压力，不至于产生液柱分离及汽化现象。阀门开启过程中，负水锤传至气囊时，外部气体压力与气囊弹性力大于水体压力，气囊开始收缩，囊内水体向下游管道补给，可进一步缓解水锤压力的降低。

当输水系统停止运行时，在水体静压下气囊略微出现膨胀，此时水体压力及水体本身重力与气囊下游侧伸缩压力及气体压力之和相等。

附图说明：

图1为未运行时气囊式压力防护装置示意图；

图2为系统开阀时气囊式压力防护装置示意图；

图3为系统关阀时气囊式压力防护装置示意图；

图4为连接法兰左视图；

图5为连接法兰右视图；

图6为实施例中长距离输水系统布置示意图；

图7为两种计算工况下阀门前端压力对比图。

图中标记为：压力前池1，输水管道2，金属外壳3，气囊式内胆4，气压检测装置5，固定管夹6，连接法兰7，钢管8，自动控制阀门9，出水池10。

具体实施方式：

实施例：本实施例应用于长距离输水工程中的输水管道中。系统布置简图如图6所示，在金属外壳3及气囊式内胆4之间充入适量的压缩气体，系统停止运行时，在水体静压及本身的重力作用下气囊式内胆4膨胀，如图1所示；当系统开始运行时，阀门开启，此时自动控制阀门9按照预先设定的开启规律进行开启，阀前产生较大的负水锤压力，在压力作用下气囊内的水体向下游管道补给，气囊开始收缩，如图2所示。当系统发生事故需要关闭阀门时，自动控制阀门9按照预先设定的一段直线规律进行关闭，阀前产生较大的升压波，升压波向上游传递，传递至该装置时，气囊受压膨胀，断面扩大，如图3所示，对水锤波进行反射，反射后的降压波传递回阀前，可以有效的缓解阀前压力的上升。图7为关阀过程中，设置气囊式压力防护装置及未设置装置时管道阀门前端压力变化趋势线，由图7可以看出，气囊式压力防护装置可以有效降低管道阀门关闭时的最大水锤压力，保证输水系统的安全运行。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种长距离供水工程中用于消除过大水锤压力的气囊式压力防护装置。装置外部由金属密封性外壳，内部由气囊式内胆组成，金属密封性外壳上装有气压检测仪器，两端各安装有连接法兰和一小段钢管，装置可以直接安装在管道中,前后可设置蝶阀用于检修，本发明装置造价低、易安装维护，在满足其他调保要求的前提下，利用气囊的压缩和膨胀特性,在管道中形成较大的负反射边界，反射水锤波，改变水锤波的传播特性，较大的缓解了阀门调节时的水锤压力，以保证供水系统的稳定安全运行，特别是对于长距离重力流供水工程，效果更加显著。

技术研发人员：俞晓东;张健;刘甲春;储善鹏;王思琪
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2017.05.27
技术公布日：2017.09.29