穩(wěn)壓塔作用與溢流水量分析計算探究

李云鵬

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽　110166)

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穩(wěn)壓塔作用與溢流水量分析計算探究

李云鵬

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司， 遼寧 沈陽110166)

本文闡述了穩(wěn)壓塔的結(jié)構(gòu)型式，以及其在配水站供水管路運行過程中所起到的作用。結(jié)合配水站實際運行情況，通過多種科學(xué)合理的計算方法，確定權(quán)系數(shù)，采用加權(quán)平均法得出穩(wěn)壓塔溢流水量。有效控制了溢流水量，節(jié)約了運行成本，對其他供水工程運行管理有一定借鑒作用。

穩(wěn)壓塔； 溢流； 水量； 計算

1　引　言

供水管路在長期運行過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)壓力大范圍波動，壓力升高過高或降低過低，都會造成嚴重的后果，在供水線路中增加穩(wěn)壓塔，能有效控制管路壓力異常波動。本文結(jié)合配水站客觀情況，分析得出溢流量的計算方法，能夠準確地控制溢流水量，節(jié)約供水系統(tǒng)的運營成本，確保供水系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

2　穩(wěn)壓塔的工藝結(jié)構(gòu)型式

穩(wěn)壓塔按照管體形狀可分為倒U型、直立型兩種。另外，再按照穩(wěn)壓塔所起的作用可分為雙向穩(wěn)壓塔、單向穩(wěn)壓塔兩種。倒U型穩(wěn)壓塔一般為雙向穩(wěn)壓塔，直立型穩(wěn)壓塔為單向穩(wěn)壓塔。雙向穩(wěn)壓塔既能向管路內(nèi)部補充水體，又能將多余的水體溢流出供水管路。單向穩(wěn)壓塔只能單向向管路內(nèi)補充水體，無法將水體溢流出供水管路。

倒U型穩(wěn)壓塔外形如字母U，倒立過來一端與管路連接，另一端與排水河道相連。直立型穩(wěn)壓塔外形如字母I,只有一端與管路連接。二者穩(wěn)壓塔的高度取決于供水管路運行工作壓力，工作壓力越高，穩(wěn)壓塔必須增加相應(yīng)的高度來適應(yīng)較高的工作壓力，但會造成穩(wěn)壓塔高度過高，增加施工工藝難度與維護措施費用，還有可能形成新的運行安全隱患。穩(wěn)壓塔的工藝結(jié)構(gòu)型式應(yīng)與供水管路的保障要求充分結(jié)合。

3　穩(wěn)壓塔在配水站系統(tǒng)中的作用

a.供水管路上的調(diào)流閥開關(guān)動作時，穩(wěn)壓塔可有效降低靜水壓線，保證管線壓力在工作壓力之內(nèi)。穩(wěn)壓塔的高度按照設(shè)計與安全標準要求，確定相應(yīng)高度，滿足管路安全的工作壓力范圍。

b.干支線閥門(泵)動作時，有效平定上下游管路或隧洞壓力。任意干支線閥門(泵)動作時，都會產(chǎn)生小范圍的壓力波動，穩(wěn)壓塔可以有效控制這一波動，當管路中出現(xiàn)壓力過高時，通過穩(wěn)壓塔將過高的壓力即多余水體泄排出管路，當管路中出現(xiàn)壓力過低時，通過穩(wěn)壓塔將過低的壓力即減少的水體，由預(yù)留水體補充，補入管路內(nèi)。穩(wěn)壓塔可以迅速平定有害的壓力波動。

c.將密閉長供水管路分割成若干個水力控制單元，盡管中間無任何調(diào)蓄工程，但壓力控制的空間單元相對獨立。供水管路一般是長距離大范圍的調(diào)水工程，管路干支線閥門眾多，閥門開度操作異常頻繁，會經(jīng)常造成互相影響與干擾出現(xiàn)。穩(wěn)壓塔將供水管路分割成若干個水力控制單元，減小了互相之間的干擾，提升了輸水管線的運行穩(wěn)定性與安全性。

d.各個配水站管轄范圍內(nèi)，從撫順至鞍山前1號至5號穩(wěn)壓塔為雙向穩(wěn)壓塔。鞍山加壓站前6號穩(wěn)壓塔，既可以平壓，又可以防止串聯(lián)加壓啟泵時出現(xiàn)水流拉空現(xiàn)象，保證了串聯(lián)加壓的富余度。當鞍山加壓泵站突然停泵時，營口、盤錦支線將產(chǎn)生負壓，為防止管道產(chǎn)生負壓和斷流彌合水錘破壞，在營盤配水站盤錦分支和營口分支方向設(shè)置了兩座單向穩(wěn)壓塔補水。

4　穩(wěn)壓塔溢流水量分析計算

4.1干線流量計與支線流量計之差為溢流水量

根據(jù)各水廠需水要求，按照一定的壓力與流量，綜合考慮水庫取水高程范圍與水庫實際水位高程，計算進水口閘門開度。進口閘門開啟操作動作之前，供水管路應(yīng)已沖水完畢，使其達到滿管水量。進水閘門開啟后，水庫的原水通過管路向下游重力流淌，與此同時在干線管路的調(diào)流閥門控制開啟開度，滿足流量與壓力平穩(wěn)，不出現(xiàn)較大范圍內(nèi)的波動。當取水頭部干線調(diào)流閥開始操作后，等候3min左右，誤差不能大于10s，再開啟下游支線調(diào)流閥。工程已在干線與支線管路上安裝了測量供水量的流量計，可以通過流量計得出供水水量。由于供水管路是承壓密封管路，進入管路內(nèi)的水量可以假定總量不變，通過匯總計算可以得出某一時段的干線累計總流量(S總)，扣除下游干線的累計流量(S下總)與支線的累計流量(S支總)，剩余部分的水量即為某一時段的溢流水量(YLS1)。

4.2調(diào)節(jié)池內(nèi)水量增加量為溢流水量

為了滿足供水管路工藝設(shè)計、安全運行以及配水站穩(wěn)壓塔高程需要，只能將穩(wěn)壓塔建在當前地理位置上，不可以更改。配水站所在位置沒有大型的泄流通道，只有小型的灌溉水渠，如果直接將溢流水排放到灌渠，會將灌渠及土地沖毀，造成嚴重的生態(tài)破壞，必須采取措施加以保護，所以增設(shè)調(diào)節(jié)池，通過水泵抽排進入灌渠河道。調(diào)節(jié)池長110m,寬50m,深8m,可以極限承載4.4萬m3的水體。在調(diào)節(jié)池頂部立桿安裝視頻監(jiān)控，并在其側(cè)壁部位布設(shè)水位高程尺及自動水深測試儀，當穩(wěn)壓塔出現(xiàn)溢流時，通過視頻系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)溢流發(fā)生的強度與溢流持續(xù)時間，判斷出調(diào)節(jié)池承載能力是否滿足溢流強度。首先在溢流前將原水位高程記錄明確，檢查視頻監(jiān)控系統(tǒng)與自動水深測試儀運行是否正常，其次在某一時段內(nèi)發(fā)生溢流時，密切關(guān)注溢流水量的強度大小，當溢流結(jié)束后，計算溢流水量。人員現(xiàn)場目測水位高程尺并讀取自動水深測試儀的高程數(shù)，將高程數(shù)值進行記錄，取二者平均值為水深高程讀數(shù)以進行下一步計算。最后，將調(diào)節(jié)池的長度、寬度及水深高程讀數(shù)進行乘積計算，得到穩(wěn)壓塔在某一時段的溢流數(shù)量YLS2。

式中YLS2——穩(wěn)壓塔在某一時段的溢流數(shù)量，m3；

L——調(diào)節(jié)池的長度，m；

W——調(diào)節(jié)池的寬度，m；

MS——目測調(diào)節(jié)池的水深，m；

ZS——動水深測試儀的水深讀數(shù)，m。

4.3供水管線斷面圖計算溢流水量

首先，在穩(wěn)壓塔選擇合適部位安裝壓力傳感器，便于日常觀測讀數(shù)與維護保養(yǎng)，壓力傳感器安裝高程為66.20m。經(jīng)過多次實際詳盡的統(tǒng)計，結(jié)合設(shè)計給出的溢流高程，確定配水站的穩(wěn)壓塔溢流水位高程為99.00m。將壓力傳感器的讀數(shù)與水頭壓力進行轉(zhuǎn)換，經(jīng)過大量試驗，得出壓力傳感器的讀數(shù)為1bar，相當于10m水頭壓力，當穩(wěn)壓塔溢流時，水位必須超過溢流水位 99m，此時壓力傳感器讀數(shù)應(yīng)超過3.28bar。將壓力傳感器的讀數(shù)h1與3.28bar取差值，得出溢流水深H1。另外穩(wěn)壓塔溢流時，通過視頻監(jiān)控參照水位高程尺可以目測出溢流水深H2,取H1、H2二者均值為穩(wěn)壓塔溢流水深。

其次，通過自動化運行監(jiān)控，軟件系統(tǒng)24h實時監(jiān)控管路壓力變化與干支線流量數(shù)據(jù)，通過CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)進行互通，壓力傳感器讀數(shù)通過硬接線方式將壓力的數(shù)值傳送到LCU機柜內(nèi)，再通過MODBUS總線傳給二樓機房CCU機柜，在操作員工作站電腦上顯示管路各項重點監(jiān)控部位的數(shù)值。通過這一系統(tǒng)，查看溢流壓力與時間曲線，可以在標準狀態(tài)1m/s流速下分析確定穩(wěn)壓塔溢流持續(xù)時間S。最后，根據(jù)穩(wěn)壓塔溢流管路的斷面圖，計算得出某一時段的溢流水量YLS3。詳見穩(wěn)壓塔溢流水量斷面圖。

式中YLS3——穩(wěn)壓塔在某一時段的溢流量，m3；

R——穩(wěn)壓塔管體半徑，m；

α——穩(wěn)壓塔溢流水面對應(yīng)的角度，°；

L——穩(wěn)壓塔溢流水面寬度，m；

H——穩(wěn)壓塔溢流水面深度，H=(H1+H2)/2，m；

S——標準狀態(tài)下1m/s流速時溢流持續(xù)時間，s。

穩(wěn)壓塔溢流水量斷面圖

通過先期計算與實際情況分析得出三者的加權(quán)系數(shù)，分別為0.2、0.5、0.3,將三者加權(quán)平均計算得出最終的穩(wěn)壓塔溢流水量YLS。

5　結(jié)　語

全面詳盡地認清穩(wěn)壓塔的結(jié)構(gòu)與工藝，才能充分發(fā)揮出其在控制管線壓力波動上的積極作用。合理優(yōu)化控制穩(wěn)壓塔溢流水量，減少水泵抽排時間，節(jié)約運營及維護費用。另外，減少溢流水量即增加了管路供水量，贏得了經(jīng)濟效益。能夠合理分析計算出溢流水量，對管路運行安全提供了有利保障。

[1]李愛華.大伙房水庫輸水(二期)工程水力過渡過程分析[J].東北水利水電,2011(3).

[2]周慶春.雙管式溢流穩(wěn)壓塔技術(shù)研究及應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2014(3).

[3]曲興輝.U型管結(jié)構(gòu)雙向水力調(diào)壓塔模型試驗及應(yīng)用探討[J].給水排水,2014(12).

Exploration on analysis and calculation of voltage regulating tower function and overflow water capacity

LI Yunpeng

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110166,China)

In the paper, the structure forms functions of voltage regulating tower in water distribution station water supply pipeline operation process are discussed. Actual operation condition of water distribution station is combined. Weight coefficient is determined and weighted average method is used to obtain overflow water capacity of voltage regulating tower through various scientific and reasonable calculation methods. Overflow water capacity is effectively controlled, operation cost is saved, and it has certain reference role to the operation management of other water supply projects.

voltage regulating tower; overflow; water capacity; calculation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.011

TV131.4

A

1005-4774(2016)10- 0040- 03