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乌鲁木齐市大西沟管道引水工程水锤防护设计

文档作者：张玲文档来源：水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究		点击数：	更新时间： 2024年06月30日
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上一篇：新大线管道杂散电流干扰的分析与防护

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水利水电技术第47卷2016年第3期
乌鲁木齐市大西沟管道引水工程水锤防护设计
张玲
(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000)
摘要：为了解决乌鲁木齐市大西沟引水工程因管线长、落差大而发生水锤破坏的问题，通过不同防
护设备性能比较，结合水力瞬变计算和水锤方案比选最后得到合理的水锤防护方案。结果表明，通过
在管线上布置空气阀、三级缓排空气阀、集气罐、超压泄压阀(安全阀)及管道末端调流消能阀关闭
时间的控制，可有效地保证管道运行安全。
关键词：长距离引水；水锤防护；关阀控制；超压泄压阀；大西沟引水工程；新疆
doi：10．13928／j．cnki．wrahe．2016．03．010
中图分类号：TV672．2 文献标识码：B 文章编号：1000—0860(2016)03．0036—03
Design of water hammer prevention for Daxigou Pipeline Water Diversion Project in Urmchi
ZHANG Ling
(Design，Investigation and Research Institute of Water Resources and Hydropower of Ministry of Water Resources and Xinjiang
Uygur Autonomous Region，Urumehi 830000，Xinjiang，China)
Abstract：In order to solve the problem form the water hammer damage caused by the long-distance pipeline and large water head
of Daxigou Water Diversion Project in Urumchi，a reasonable water hammer prevention scheme is finally obtained through the
comparison made among the performances of various prevention equipment in combination with the calculation of hydraulic transi—
ent and the comparative selection of the water hammer scheme．The msult shows that the operation s如ty of the pipeline can be
effectively ensured by arranging air valve，slow exhaust valve and air collector along the pipeline as well as the control of the clos—
ing time for the regulation and energy dissipation valve installed at the end of the pipeline．
Key words：long·distance water diversion；water hammer prevention；valve closing control；s如￡y valve；Daxigou Water Diversion
Project；Xinjiang
随着城市用水规模的不断扩大，长距离输水工程
日益增多，水锤对输水工程安全生产严重影响。大落
差重力流压力管道输水易关阀过快产生水锤，现有对
重力流水锤的防护方案有：(1)合理布置空气阀；
(2)控制关阀时间；(3)超压泄压阀；(4)关阀时间+
超压泄压阀。为保障城市供水及供水安全，做好水锤
防护是长距离压力管道工程安全的关键。本文对上述
水锤防护措施及其组合对大落差重力流方式的影响，
对大西沟管道引水工程水锤防护进行系统的比较研
究，研究成果为其提供技术支持。
1 工程概况
1．1工程区位置
大西沟管道引水工程位于乌鲁木齐河大西沟水库
36
下游石门子渠首至乌拉泊水库河段上，为乌鲁木齐城
市供水工程。管道全长43．2 km，地形总落差676 Ill，
从上游石门子渠首至下游乌拉泊水库区间，以“串糖
葫芦”形式布置4级消能减压设施，同时在第二级引
水管道末端留有向西山水厂的分水口。
1．2供水规模
大西沟管道引水工程夏季最大引水规模为1 10万
m3／d，对应设计流量为12．8 m3／s，冬季最小引水规
模为8．64万ITl3／d，对应设计流量为l n13／s。
1．3管线参数
大西沟管道引水工程全线采用四级压力分区，
收稿日期：2016．01—05
作者简介：张玲(1977一)，女，高级工程师。
Water Resources and Hydropower Engineering％L 47 No．3
万方数据
每级管道后部均接消能减压设施，各级引水管道管
材采用PCCP管+球墨铸铁管组合方案，静水压小
于等于1．0 MPa以下采用PCCP管，静水压大于1．0
MPa以上采用球墨铸铁管。一至四级引水管道长分别
为10 533 m、13 958 m、7 590 m和8 530 m，一、二
级管径为2．4 m，三、四级管径为2．2 m。尾部引水
管道长1 432．028 m，最大静水压力39 in，管径2．2
m，其中桩号尾0+000一尾1+432．028采用1．0 MPa
的PCCP管道，尾部引水管道末端设置检修阀室。
1。4工程特点
大西沟管道引水工程的特点是总的水头落差大，
上、下游落差676 m，单级压力高(静水压力值173
m、水锤压力值242 m)，同时该工程中采用的2．4 m
管径允许工作压力为2．5 MPa的球墨铸铁管在全国范
围内首次应用。大西沟管道引水工程中的引水管道在
该工程中是首要防护部位，在运行中应防止阀门的错
误操作产生水锤破坏，所以要对整个管道布置防止水
锤产生的防护设备。
2水锤防护设计
2．1 水锤防护设计依据
《城镇供水长距离输水管(渠)工程技术规程》
(CECS 193--2005)中规定“水锤防护措施设计应保证
输水管道最大水锤压力不超过1．3—1．5倍的最大工
作压力。”故本文水锤分析最大压力不得超过1．3倍
最大工作压力。《水及燃气管道用球墨铸铁管、管件
和附件》(GB／T 13295--2008)中规定：“最大允许工
作压力(即设计承压能力)=1．2 X允许工作压力(即
静压)”。
球墨铸铁管糙率n一般可取0．012、0．013、
0．014，PCCP管n一般可取0．011 5、0．012、0．013，
随着n值降低，管道水头损失减小，关阀所引起的压
力波动越大，因此应采用最不利工况进行水锤分析，
结合实际工程经验，球墨铸铁管和PCCP管n统一取
值为0．012。
2．2设备的比选
在该工程中可用的水锤防护设备有空气阀、超压
泄压阀(安全阀)、集气罐、箱式双向调压塔、调流
消能阀等，由于本工程管线分为四级，所以在每级管
道上都布置一个箱式双向调压塔造成工程投资增大很
多，同时管线布置与乌鲁木齐河距离较远，对于箱式
调压塔的溢流出处不好布置，所以在该工程中采用空
气阀、超压泄压阀(安全阀)、集气罐、调流消能阀
等设备进行水锤防护设计。
水利水电技术第47卷2016年第3期
张玲∥乌鲁木齐市大西沟管道引水工程水锤防护设计
3水锤防护设施的设计布置和运行工况分析
3．1 水锤防护设施的设计布置
大西沟管道引水工程中各级管道的水锤防护计算
相同，本文针对管线最长、管径最大、静水压最大的
二级管线展开详细论述。
本工程落差大，水锤分析重点是事故关阀后，管
线高压控制、管线负压控制等。根据该工程管线距离
长、落差大等特点及以往工程经验对空气阀位置进行
校核，为做好水锤防护及初次通水安全工作，建议全
线设置23处空气阀(不包括调流消能阀前后空气
阀)，其中20处复合式空气阀，3处三级缓排式空气
阀(具有缓排功能)，同时在每个空气阀与管道连接
处设置集气罐。空气阀位置如图1所示。
3．2水锤防护运行工况分析
将各工况下水锤模拟计算结果进行汇总，如表l
所列。分析可知，经计算，当二级管线末端检修阀关
阀时间为2 min或5 min时，全线最大压力(自由水
头)均小于1．3倍最大工作压力；阀前(检修阀)压力
波动范围较小。因此，2 min和5 min关阀时间满足
水锤防护要求，关阀时间越长，产生的水锤压力波动
越小。
经过上述多工况模拟计算结果，建议将各级管
线各工况下关阀时间设为统一值，最小关阀时间为
2 min。该关阀时间下，管线承压能力满足瞬态运行
要求。
4水锤防护结论
4．1 水锤防护设备分析及建议
4．1．1 空气阀
(1)数量及选型。根据该工程管线距离长、落差
37
㈣∞ 2 ∞ 4∞
位 置
∞
阀
蛐号
气
桩
空
啪
线
“
级 管
啪
二
㈣ 4
图
O 2
万方数据
张玲∥乌鲁木齐市大西沟管道引水工程水锤防护设计
表1水锤模拟计算结果
压力包络线阀前压力
管工关阀时间
线况最大压力最小压力最大压力最小压力桩号 桩号 ／min
水头／m 水头／m 水头／m 水头／m
13+958 214．94 5．43 O 4-282．37 214．96 】3】．74 2
工13+950 199．69 6．00 0+282．37 199．71 139．76 3
况
一
13+958 192．53 6．28 0+282．37 192．55 139．76 4
13+958 188．39 6．40 0+282．37 188．40 139．76 5
13+958 192．43 6．38 O 4-282．37 190．96 155．30 2
二工13+958 184．77 6．6l 0+282．37 184．78 161．41 3
级况
¨ 13+958 181．56 6．72 0+282．37 181．57 163．57 4
13+950 179．79 6．79 0+282．37 179．79 163．57 5
13+958 177．46 6．99 O+282．37 175．96 170．02 2
工13 4-958 175．76 7．00 O+282．37 175．77 171．63 3
况
u 13+950 174．93 7．Ol O+282．37 174．93 171．74 4
13+950 174．43 7．02 0+250 174．42 171．82 5
大等特点及以往工程经验对空气阀位置进行校核，为
做好水锤防护及初次通水安全工作，建议全线设置
23处空气阀(不包括调流消能阀前后空气阀)，其中
20处复合式空气阀，3处三级缓排式空气阀(具有缓
排功能)。
(2)口径。全线空气阀密度约为700 m设置l处
空气阀，该布置密度较大。根据规范及数值模拟分
析，本工程宜选择DN250空气阀。为避免空气阀出
现事故时管道排气困难，建议并联空气阀，即每处设
置2个DN200空气阀。
4．1．2集气罐
原方案计算水锤防护时集气罐
高度在150 mm和0．5D(管道直
径)之间，口径为DN800，通过计
算集气罐高度调整为1．1 m，口径
为DN700。
4．1．3超压泄压阀(安全阀)
《城镇供水长距离输水管(渠)
工程技术规程》规定“超压泄压阀一
般应设在泵站出水总管起端、重力
流输水管末端的关闭阀上游。”因
此，经计算分析建议在各级减压消
能设施前设置超压泄压阀，作为水
锤后防护，以保证管线运行安全。
4．2 防护设施的使用效果分析
水锤防护设施主要包括空气阀、三级缓排式空
气阀、集气罐、超压泄压阀及末端的调流消能阀，
在以上设备都正常运行的情况下，通过对不同流量
下对应的不同糙率分别进行计算，最终的计算结果
表明，2 min和5 min关阀时间满足水锤防护要求，
关阀时间越长，产生的水锤压力波动越小。建议将
各级管线各工况下关阀时间设为统一值，最小关阀
时间为2 min。该关阀时间下，管线承压能力均满
足瞬态运行要求。
(责任编辑郭利娜)
(上接第35页)
设立防洪工程中心管理站，负责流域管辖的防洪点建
设期的相关事宜。各县及团场分别设立防洪工程管理
总站，负责其建设期的相关事宜。水库管理所下设防
洪工程管理站，负责其建设期的相关事宜。
(2)运行期管理机构。自治区防洪办、喀什地区
防洪办和塔管局，都有权利和义务对叶尔羌河流域防
洪工程的管理工作进行检查、指导和监督。各直接管
理机构对以上机关的指示和指令，应积极做出反应，
改进管理工作，确保工程的安全及其效益的正常发
挥。
(3)管理措施。工程抢险措施：根据《叶尔羌河
防洪预案》，在汛期根据《叶尔羌河防洪公约》规定第
五条“防洪工程负担原则：当工程防护对象为某项水
利或其他工程安全为主时，应以所防护的工程受益比
例为主来负担，当防护对象为社会性质的城镇、农村
等内容时，应由工程所在地政府组织所在地社会力量
共同承担本项防洪工程的义务，应该由受益的灌区各
县承担防汛义务”。其他保障措施：叶尔羌河防洪后
勤保障系统包括预测预报系统、通信电力系统、交通
运输系统、物资供应系统、后勤保卫系统、卫生防疫
系统、新闻报道系统。上述系统应在建设和运行期逐
步建立和完善。
5结语
叶尔羌河是新疆洪水峰最大的一条河流，防洪问
题困挠当地多年。叶尔羌河做为新疆第一条全流域防
洪整体实施的河流，在新疆防洪工程中具有典型性。
本工程的实施将使叶河防洪标准由不到两年一遇提高
到20年一遇，极大提高整体防洪标准，减少了防洪
危害，减轻农民的防洪负担。对灌区经济和社会稳定
发展打下良好的基础，同时对下游生态系统的恢复提
供了保证。
(责任编辑郭利娜)
水利水电技术第47卷2016年第3期

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