目前水锤的数值计算主要针对高扬程、大流量或长距离输水管线,而对城市管网水锤的研究鲜有报道。较单一输水水管线而言,城市管网组成复杂,管路密集,分枝、环路较多,水锤的产生及传播更为复杂,虽然城市管网压力较为均衡,但是城市管网工况变化频繁,诱导水锤发生的频率较大,水锤发生时水锤波会在不同的地方进行反射,频率相同的波还可能会发生干涉现象,造成管网某些区域振动加强或减弱,管网中水锤最大升压可能达到稳态运行时的数倍以上,给管网运行带来危害。因而有必要对管网水锤进行研究。广一水泵厂以西南某区域供水管网为例,利用HAMMER水锤计算软件对供水管网不同瞬态工况进行数值模拟,通过对不同瞬态工况进行水锤分析,以期为供水管网的设计及安全运行提供指导。
某区域供水管网共有4台水泵,3台轴向中开蜗壳式离心泵,一台S型双吸离心泵,3用1备,在用水量较高时开启两台大泵,总供水流量为663.70m³/h,在用水量较低时开启一台大泵,一台小泵,总供水流量为504.05m³/h,一台大泵备用。广一离心泵基本信息:水池水位为452.40m,高位水箱T4,T8,T9基础高程分别为524m,524m,521m,其水位变化如图1所示。管线管径为400,300,200,100mm,管壁厚度分别为8.lmm,7.2mm,6.3mm,6.0mm,配水管线最长为8km,系统管道数为314,节点数为303。管网中用水量变化情况如下图2所示,早上6点至7点之间用水量最低,变化系数为0.560,21点至22点之间用水量变化最高,变化系数为1.256。
根据工程资料建立如下水锤计算模型,将广一化工泵基本信息、节点信息(节点高程)、管段信息(管材、管径、管长等)导入计算模型,设定蒸汽压力为一9.7m水柱,稳定运行5s后突然停泵,总模拟时间为300s,经计算,管径100mm,200mm,300mm,400mm的水锤波速分别为1295.99m/s,1260.52m/s,1060.44m/s,1015.67m/s。先进行稳态计算,后对不同的瞬态工况进行水锤模拟。
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