空氣罐單向塔在停泵水錘中的聯(lián)合防護(hù)研究

羅 浩，李明治,吳宇帆

（上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434）

在調(diào)水工程中，遇到由低地勢(shì)向高地勢(shì)輸水的情形時(shí)，往往需要水泵加壓輸水。當(dāng)水泵抽水?dāng)嚯娀蛴鲇衅渌话l(fā)情況導(dǎo)致機(jī)組瞬間失去動(dòng)力時(shí)，其在泵后將產(chǎn)生很大的降壓并傳向下游。當(dāng)降壓波傳播到管中心線高程較高點(diǎn)時(shí)，由于該位置初始內(nèi)水壓力較低，極易導(dǎo)致此處內(nèi)水壓力降至水汽化壓力以下，引發(fā)斷流彌合水錘，造成爆管事故[1-2]。為保證水泵抽水?dāng)嚯姾筝斔艿啦恢掳l(fā)生爆管破壞，管道沿線須設(shè)置水錘防護(hù)裝置，常見的有空氣閥、單向塔和空氣罐等。空氣罐由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越應(yīng)用在長(zhǎng)距離供水工程中。然而，當(dāng)管道供水流量大、泵揚(yáng)程高時(shí)，空氣罐所需體型往往較大，不便于維修和管理。為降低空氣罐體型，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者提出了大量具有開創(chuàng)性和建設(shè)性的方案[3-5]。論文針對(duì)此種情況，詳細(xì)闡述了空氣罐和單向塔聯(lián)合防護(hù)方案，對(duì)降低空氣罐體型和便于管理具有重要意義。

1 空氣罐原理和數(shù)學(xué)模型

1.1 空氣罐原理

空氣罐是一種密閉的高壓容器，充滿液體和氣體，氣體在上，液體在下，水氣自動(dòng)分開，利用水面和罐體形成封閉氣室。

泵站系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，空氣罐內(nèi)壓力與管道內(nèi)空氣罐處罐底壓力處于平衡狀態(tài)，空氣罐內(nèi)水位保持穩(wěn)定，罐體與管道內(nèi)并無(wú)水量交換；水泵事故停泵時(shí)，泵轉(zhuǎn)速迅速降低，流量減小，揚(yáng)程急劇下降，泵后管道內(nèi)壓力隨之降低，罐內(nèi)高壓氣體為保持罐內(nèi)外壓力平衡，迅速膨脹，迫使空氣罐內(nèi)水體進(jìn)入管道，緩解了泵后壓力降低，進(jìn)而隔斷了水泵抽水?dāng)嚯姰a(chǎn)生的負(fù)壓力波的傳播；……