【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及长距离输水泵站水锤防护系统和方法及设计方法，是一种输水系统的安全设施和方法，是一种用于长距离输水过程中防止水锤破坏的系统和方法，以及该水锤防护系统的设计方法。
技术介绍
1、泵站是长距离调水工程、市政工程中一种常见的供水方式。当水泵发生事故断电时，管道内水体在惯性作用下继续流动，极易造成水柱分离，管道破裂、压瘪或被继发的水柱弥合高压破坏；管道内水体快速倒流，也会对水泵、管道造成破坏。此外，当工程进行调度时，如正常启动、调节流量或停运，也会产生水锤现象，可能对输水系统的泵、管、阀造成损害。因此，对泵站输水系统进行水锤防护，确保各种工况下的系统安全，是工程设计和运行调度需要解决的重要问题。
2、泵站输水系统的管道布置型式多种多样，从管道走向角度大致可以归纳为以下几种：①管道沿程倾斜向上，即管中心线高程随桩号的增加，整体呈上升趋势(局部凸起、下降忽略)；②管道前段上升，后段水平或下降，即管中心线高程先倾斜向上，后近乎水平、上升较少或倾斜向下，前段、后段距离均较长；③管道近乎水平，即管中心线高程随桩号的增加，几乎无增加或上升较少，泵站的主要作用是跨越长距离线路进行输水；④管道沿程先下降、后上升。
3、对于①和④的输水管道布置型式，水锤防护的焦点在于避免管道内水体快速倒流及其流速变化过快，对输水系统产生的正压破坏，一般通过两阶段缓闭控制阀等方式进行防护。对于③的输水管道布置型式，水锤防护的任务是避免局部产生水柱分离，继发的弥合水锤破坏管道。但对于②的输水管道布置型式，前段上升管道内的水体，末端水体位置
技术实现思路
1、针对②型输水管道布置问题，本专利技术提出了长距离输水泵站水锤防护系统和方法及设计方法。所述的系统和方法精心布置了水池、控制阀等水工要素，提升了防水锤效果，运行可靠性增强，同时降低了成本。
2、本专利技术的目的是这样实现的：长距离输水泵站水锤防护系统，包括：位于低位的进水池，所述的进水池与带有水泵、低位控制阀及上升管道的管道前段连接；位于高位的出水池，所述的出水池与水平或下降管道的管道后段连接，所述的上升管道、水平或下降管道上设有多个空气阀，所述的管道前段和管道后段之间设置溢流式水池，所述的溢流式水池与出水池之间接近出水池的位置设置高位控制阀；所述的溢流式水池为对大气敞开水池，水池中间设有溢流堰，将水池分为堰前池和堰后池。
3、进一步的，所述的溢流式水池的参数计算如下：
4、确定溢流式水池的高度：
5、池体高度h1根据下式确定：
6、
7、式中：h0为出水池的水位；i为重力自流段管道的段数；λi为i段管道的沿程阻力系数；li为i段管道的长度；di为i段管道的直径；ζi为i段管道的局部阻力系数；vi为i段管道的流速；g为重力加速度；
8、溢流堰的高度根据下式确定：
9、h2＞h0
10、式中：h2为溢流堰的高度；
11、溢流式水池的面积根据下式确定：
12、
13、式中：a为溢流式水池的面积；q为输水系统的设计流量；h3为溢流式水池的底高程。
14、使用上述系统的长距离输水泵站水锤防护方法，所述方法如下：
15、使用溢流式水池将输水系统分成两个弱关联的前段泵站输水子系统和后段重力自流输水子系统；当由于突然断电或故障，水泵出现意外停止运行时，只有堰前池和上升管道内有限的水体能倒流进入水泵，避免造成水泵反转超速问题；另一方面，随着前段泵站输水子系统中水体倒流的发生，前段泵站输水子系统内的水量逐渐减少，压力也逐渐降低；对于后段重力自流输水子系统，由于溢流式水池对大气敞开，并在堰后池中存蓄一定水量，后段重力自流输水子系统在水泵意外停止运行的情况下，堰后池中存蓄的水量，能够维持一段时间的输水，避免立即影响后段水管，这时只需缓慢关闭高位控制阀，后段重力自流输水子系统不产生负压或较小负压。
16、设计上述系统的长距离输水泵站水锤防护系统的设计方法，所述方法的步骤如下：
17、步骤1，确定溢流式水池的高度：
18、池体高度h1根据下式确定：
19、
20、溢流堰的高度根据下式确定：
21、h2＞h0；
22、步骤2，确定溢流式水池的面积：
23、
24、步骤3，前段泵流输水系统的水锤计算：针对前段泵流输水系统进行水锤计算，确定两个关键参数：①控制阀的关闭时间t1，确保前段不产生超压问题；②水泵倒流前，进入出水池的水量q1；溢流式水池取常水位边界，水位为溢流堰的高度h2；
25、步骤4，后段重力自流输水系统的水锤计算：
26、针对后段重力自流输水系统进行水锤计算，确定两个关键参数：①控制阀的关闭时间t2，确保后段不产生超压问题；②控制阀关闭过程中，进入出水池的水量q2。溢流式水池取常水位边界，水位为溢流堰的高度h2；
27、步骤5，确定溢流式水池前侧、后侧面积：
28、溢流池后侧面积的计算公式为：
29、
30、式中：a2为溢流式水池的堰后池面积；
31、若a≥a2+a0，溢流式水池的堰前池面积的计算公式为：
32、a1＝a-a2
33、式中：a0为溢流式水池前侧管道的面积；a1为溢流式水池的堰前池面积；
34、否则，溢流式水池的堰前池面积的计算公式为：
35、a1＝a0
36、溢流式水池的总面积增加为：
37、a＝a1+a2。
38、本专利技术的优点和有益效果是：本专利技术利用溢流式水池将输水系统分成两个弱关联的前段泵站输水子系统和后段重力自流输水子系统。前段泵站输水子系统只需要考虑流速衰减率过快的水锤防护问题，而后段重力自流输水子系统只需要考虑流速衰减率过慢的水锤防护问题。只有溢流池前侧和管道内有限的水体，才能倒流进入水泵，不会造成水泵反转超速问题；另一方面，随着水体倒流的发生，系统内的水量逐渐减少，压力也逐渐降低，也降低了水锤防护的难度。对于后侧重力自流管道，缓慢关闭末端的控制阀，即可控制管道不产生负压或较小负压。所述的系统工程造价低，运行可靠，是倾斜性管道防水锤的优良解决方案。
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1.长距离输水泵站水锤防护系统，包括：位于低位的进水池，所述的进水池与带有水泵、低位控制阀及上升管道的管道前段连接；位于高位的出水池，所述的出水池与水平或下降管道的管道后段连接，所述的上升管道、水平或下降管道上设有多个空气阀，其特征在于，所述的管道前段和管道后段之间设置溢流式水池，所述的溢流式水池与出水池之间接近出水池的位置设置高位控制阀；所述的溢流式水池为对大气敞开水池，水池中间设有溢流堰，将水池分为堰前池和堰后池。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的溢流式水池的参数计算如下：
3.使用权利要求2所述系统的长距离输水泵站水锤防护方法，其特征在于，所述方法如下：
4.设计权利要求2所述系统的长距离输水泵站水锤防护系统的设计方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：
【技术特征摘要】
1.长距离输水泵站水锤防护系统，包括：位于低位的进水池，所述的进水池与带有水泵、低位控制阀及上升管道的管道前段连接；位于高位的出水池，所述的出水池与水平或下降管道的管道后段连接，所述的上升管道、水平或下降管道上设有多个空气阀，其特征在于，所述的管道前段和管道后段之间设置溢流式水池，所述的溢流式水池与出水池之间接近出水池的位置设置高位控制阀；所述的溢流式水池为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李甲振，郭新蕾，王涛，付辉，孙丽萍，胡超，周春慧，周鹏，郭永鑫，潘佳佳，陈玉壮，霍顺平，牟全宝，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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