摘 要：本文利用上下不等面積活塞增壓原理而形成的獨(dú)特結(jié)構(gòu)箱式雙向調(diào)壓塔水力控制原理，以大伙房水庫輸水（二期）工程營(yíng)盤配水站2座單向塔改造為實(shí)例，采用已建成的單向塔作為上箱體改造成箱式雙向調(diào)壓塔。說明了改造后的箱式雙向調(diào)壓塔不僅可保持原單向塔防負(fù)壓水錘功能不變，而且可有效解決末端凈水廠事故關(guān)閥時(shí)的正壓水錘問題，同時(shí)克服了原單向塔進(jìn)水管道上的單向閥動(dòng)作不可靠的安全隱患，為長(zhǎng)距離輸水工程的單向塔改造和超壓水錘防護(hù)提供了可以借鑒的理論及經(jīng)驗(yàn)，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：水錘防護(hù)；單向調(diào)壓塔；箱式調(diào)壓塔；大伙房水庫輸水（二期）工程

中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1.引言

長(zhǎng)距離輸水工程為防止突然關(guān)閥、停泵等產(chǎn)生的負(fù)壓水錘或斷流彌合水錘，通常設(shè)置單向調(diào)壓塔，達(dá)到負(fù)壓補(bǔ)水甚至補(bǔ)氣作用。然而，設(shè)置單向調(diào)壓塔需要在進(jìn)塔管路上安裝單向閥（止回閥），實(shí)踐表明，止回閥經(jīng)常出現(xiàn)動(dòng)作不可靠現(xiàn)象，甚至拒動(dòng)作。另外，打開需一定的啟動(dòng)壓力（0.02Mpa），大大降低了單向調(diào)壓塔在解決負(fù)壓水錘中的重要作用，難以滿足速動(dòng)性與魯棒性要求，嚴(yán)重危害了長(zhǎng)輸管線的安全運(yùn)行。因此提高單向調(diào)壓塔運(yùn)行的可靠性、及時(shí)性、安全性是一項(xiàng)急需解決的關(guān)鍵問題。

新型箱式雙向調(diào)壓塔利用不等面積活塞增壓原理，活塞上部面積乘其水深等于活塞下部面積乘以管道最大壓力之積，達(dá)到活塞的動(dòng)態(tài)平衡，保證管道發(fā)生意外水錘時(shí)，只要壓力升高大于正常運(yùn)行最大設(shè)計(jì)水壓，活塞下部的作用合力大于活塞上部的作用合力，活塞上移，打開泄水口，使管道超高壓力得以釋放，從而保護(hù)管道安全，當(dāng)管道因突然停泵或開閥等水錘原因使管道壓力降至低于箱內(nèi)水深或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，箱內(nèi)水則向管道內(nèi)流動(dòng)，預(yù)防或消除管道斷流現(xiàn)象，消減斷流彌合水錘。由此可見，箱式雙向調(diào)壓塔具有普通雙向調(diào)壓塔的功能，其高度可大幅度降低，其降低值可根據(jù)具體情況適當(dāng)擴(kuò)大活塞上部面積即可。由此原理可見，對(duì)單向穩(wěn)壓塔進(jìn)行改造成箱式雙向穩(wěn)壓塔，不僅可以解決止回閥動(dòng)作的不可靠性，保證負(fù)壓補(bǔ)水、補(bǔ)氣作用，而且可以解決突然關(guān)閥等正壓水錘。

2.箱式雙向水力調(diào)壓塔基本控制原理

箱式雙向調(diào)壓塔之所以能把雙向調(diào)壓塔的高度降低，而功能保持不變，關(guān)鍵采用了上下活塞面積不等，從而達(dá)到增壓的原理。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

HPSP=HTST （2-1）

式中：HP為管道壓力水頭；SP為箱式雙向調(diào)壓塔活塞下表面面積；HT為箱式雙向調(diào)壓塔上箱體水頭；ST為箱式雙向調(diào)壓塔活塞上表面面積。

活塞在整個(gè)過程中受力始終是平衡的，而活塞的上部面積ST大于下部面積SP，因此箱式雙向調(diào)壓塔內(nèi)部的壓強(qiáng)HT小于管道壓強(qiáng)HP。這樣活塞上部所受壓力FT與活塞下部來自管道壓力FP決定箱式調(diào)壓塔的動(dòng)作狀態(tài)，活塞上下面積的比值越大，箱式調(diào)壓塔的內(nèi)部水深越小，即箱式調(diào)壓塔的有效高度降低，從而降低了箱式調(diào)壓塔的整體高度。其高度可大幅度降低，其降低值可根據(jù)具體情況適當(dāng)擴(kuò)大活塞上部面積即可。箱式雙向調(diào)壓塔結(jié)構(gòu)見圖2-1。

大伙房水庫輸水二期工程是解決遼寧省中南部七市水資源短缺問題的重大區(qū)域性水資源配置工程，在輸水距離長(zhǎng)達(dá)400km、日輸水量高達(dá)594萬t/d、供水目標(biāo)多達(dá)15個(gè)的條件下，全系統(tǒng)采用了壓力密閉輸水方式，鞍山加壓站采用了串聯(lián)加壓方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成復(fù)雜，為保證輸配水系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，經(jīng)水力過渡分析，在營(yíng)盤配水站設(shè)置了2座單向調(diào)壓塔，以解決突然斷電停泵所產(chǎn)生的負(fù)壓水錘。由于鞍山加壓站下游最長(zhǎng)管線近100km，除在營(yíng)盤配水站各支線出口處設(shè)置兩個(gè)單向調(diào)壓塔外，并沒有其他穩(wěn)壓措施，經(jīng)對(duì)該段管道可能發(fā)生的最大、最小內(nèi)水壓力及相關(guān)的閥門操作的影響進(jìn)行復(fù)核，在營(yíng)口、盤錦凈水廠分別或同時(shí)關(guān)閥停水時(shí)，管線中會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)水壓力，超過了設(shè)計(jì)壓力。必須增設(shè)解決正壓措施，比較了設(shè)置溢流式雙向調(diào)壓塔、單向調(diào)壓塔+超壓泄壓閥、箱式雙向調(diào)壓塔改造方案。采用雙向溢流式調(diào)壓塔是最安全的水錘防護(hù)措施，但由于該段設(shè)計(jì)壓力高達(dá)1.12Mpa，且處于平原區(qū)，修建高達(dá)100余米高的調(diào)壓塔存在著抗震、防凍、運(yùn)行維護(hù)等困難，投資較大。單向調(diào)壓塔與加裝超壓泄壓閥組合方案安全程度不高，主要由于超壓泄壓閥一般為先導(dǎo)式，可靠性較差，實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)滯動(dòng)作或拒動(dòng)作問題。經(jīng)分析，在主管道和單向調(diào)壓塔的連接管上安裝箱式調(diào)壓裝置，即可將單向調(diào)壓塔改造成溢流式雙向調(diào)壓塔，從而既不增加塔高，又可使其具有溢流式雙向調(diào)壓塔的功能。

3.2改造方案

原有的箱式雙向調(diào)壓塔主體分為上閥體和下閥體，可將輸水管線上原有的單向塔作為上閥體，所以工程上只需安裝下閥體，并通過管道將兩部分連通即可。改進(jìn)后的箱式調(diào)壓裝置見圖3-1，箱式調(diào)壓塔管道高壓開啟狀態(tài)見圖3-2，箱式調(diào)壓塔管道低壓注水狀態(tài)見圖3-3。

3.3可調(diào)控制壓力設(shè)置

由于某一時(shí)期管道的輸水量不同，管道實(shí)際內(nèi)水壓力值亦不同，可在單向塔內(nèi)靈活設(shè)置多級(jí)溢流水位，作為該階段的控制壓力目標(biāo)。營(yíng)口、盤錦支線管道工作壓力為0.8Mpa，已建單向塔高25m，2座單向塔合建，中間設(shè)溢流井，壓力水頭為20m，經(jīng)計(jì)算分別選用DN800和DN600的下箱體。當(dāng)管道的某一運(yùn)行階段的壓力為40m時(shí)，經(jīng)計(jì)算，溢流管設(shè)置高程為15m；當(dāng)管道的某一運(yùn)行階段的壓力為60m時(shí)，經(jīng)計(jì)算，溢流管設(shè)置高程為20m。詳見圖3-4。

3.4水力過渡分析

由于單向塔原設(shè)計(jì)目的是解決鞍山加壓站突然停泵時(shí)營(yíng)盤支線出現(xiàn)的負(fù)壓水錘問題，因改造后保持補(bǔ)水功能不變，這里不再分析。以7月1日輸水量（營(yíng)口支線流量4.745m3/s，盤錦支線流量1.968m3/s）為典型工況分析營(yíng)口、盤錦凈水廠事故關(guān)閥時(shí)，對(duì)僅設(shè)單向塔和改造成箱式雙向塔壓力分布進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果詳見表3-1、3-2、3-3。可見改進(jìn)后的單向調(diào)壓塔能起到很明顯的泄壓作用，并且動(dòng)水壓力均小于管道設(shè)計(jì)壓力。

4.結(jié)論

通過獨(dú)特結(jié)構(gòu)的箱式雙向調(diào)壓塔水力控制原理，將長(zhǎng)距離輸水工程通常設(shè)置的單向塔改造成雙向塔，不僅可保持由于突然停泵、開閥而產(chǎn)生的負(fù)壓水錘防護(hù)功能不變，而且可有效解決突然關(guān)閥產(chǎn)生的超壓水錘問題。替代了傳統(tǒng)的雙向調(diào)壓塔，克服了長(zhǎng)距離輸水工程平原區(qū)設(shè)置雙向調(diào)壓塔高度大、抗震要求高、投資高、管理維護(hù)難度大等困難，控制可靠、靈活，是對(duì)傳統(tǒng)單、雙向調(diào)壓塔的技術(shù)突破，極具實(shí)用價(jià)值，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

參考文獻(xiàn)

[1] 張健、鄭源.遼寧省大伙房水庫輸水（二期）工程泵站及全系統(tǒng)水力過渡過程分析報(bào)告[R].沈陽：遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，2006.

[2]楊玉思、曲興輝.箱式雙向調(diào)壓塔.中國(guó).ZL200610104798.X[P]，2008-09-03.

[3] 劉光臨、劉梅清.采用單向調(diào)壓塔防止長(zhǎng)輸水管道水柱分離的研究[J].水利學(xué)報(bào)，2002（9）：44-48.

[4] E.B.懷利、V.L.斯特里特.瞬變流[M].清華大學(xué)流體傳動(dòng)與控制教研組.譯.2版.北京：水利電力出版社，1987.

摘 要：本文利用上下不等面積活塞增壓原理而形成的獨(dú)特結(jié)構(gòu)箱式雙向調(diào)壓塔水力控制原理，以大伙房水庫輸水（二期）工程營(yíng)盤配水站2座單向塔改造為實(shí)例，采用已建成的單向塔作為上箱體改造成箱式雙向調(diào)壓塔。說明了改造后的箱式雙向調(diào)壓塔不僅可保持原單向塔防負(fù)壓水錘功能不變，而且可有效解決末端凈水廠事故關(guān)閥時(shí)的正壓水錘問題，同時(shí)克服了原單向塔進(jìn)水管道上的單向閥動(dòng)作不可靠的安全隱患，為長(zhǎng)距離輸水工程的單向塔改造和超壓水錘防護(hù)提供了可以借鑒的理論及經(jīng)驗(yàn)，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：水錘防護(hù)；單向調(diào)壓塔；箱式調(diào)壓塔；大伙房水庫輸水（二期）工程

中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1.引言

長(zhǎng)距離輸水工程為防止突然關(guān)閥、停泵等產(chǎn)生的負(fù)壓水錘或斷流彌合水錘，通常設(shè)置單向調(diào)壓塔，達(dá)到負(fù)壓補(bǔ)水甚至補(bǔ)氣作用。然而，設(shè)置單向調(diào)壓塔需要在進(jìn)塔管路上安裝單向閥（止回閥），實(shí)踐表明，止回閥經(jīng)常出現(xiàn)動(dòng)作不可靠現(xiàn)象，甚至拒動(dòng)作。另外，打開需一定的啟動(dòng)壓力（0.02Mpa），大大降低了單向調(diào)壓塔在解決負(fù)壓水錘中的重要作用，難以滿足速動(dòng)性與魯棒性要求，嚴(yán)重危害了長(zhǎng)輸管線的安全運(yùn)行。因此提高單向調(diào)壓塔運(yùn)行的可靠性、及時(shí)性、安全性是一項(xiàng)急需解決的關(guān)鍵問題。

新型箱式雙向調(diào)壓塔利用不等面積活塞增壓原理，活塞上部面積乘其水深等于活塞下部面積乘以管道最大壓力之積，達(dá)到活塞的動(dòng)態(tài)平衡，保證管道發(fā)生意外水錘時(shí)，只要壓力升高大于正常運(yùn)行最大設(shè)計(jì)水壓，活塞下部的作用合力大于活塞上部的作用合力，活塞上移，打開泄水口，使管道超高壓力得以釋放，從而保護(hù)管道安全，當(dāng)管道因突然停泵或開閥等水錘原因使管道壓力降至低于箱內(nèi)水深或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，箱內(nèi)水則向管道內(nèi)流動(dòng)，預(yù)防或消除管道斷流現(xiàn)象，消減斷流彌合水錘。由此可見，箱式雙向調(diào)壓塔具有普通雙向調(diào)壓塔的功能，其高度可大幅度降低，其降低值可根據(jù)具體情況適當(dāng)擴(kuò)大活塞上部面積即可。由此原理可見，對(duì)單向穩(wěn)壓塔進(jìn)行改造成箱式雙向穩(wěn)壓塔，不僅可以解決止回閥動(dòng)作的不可靠性，保證負(fù)壓補(bǔ)水、補(bǔ)氣作用，而且可以解決突然關(guān)閥等正壓水錘。

2.箱式雙向水力調(diào)壓塔基本控制原理

箱式雙向調(diào)壓塔之所以能把雙向調(diào)壓塔的高度降低，而功能保持不變，關(guān)鍵采用了上下活塞面積不等，從而達(dá)到增壓的原理。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

HPSP=HTST （2-1）

式中：HP為管道壓力水頭；SP為箱式雙向調(diào)壓塔活塞下表面面積；HT為箱式雙向調(diào)壓塔上箱體水頭；ST為箱式雙向調(diào)壓塔活塞上表面面積。

活塞在整個(gè)過程中受力始終是平衡的，而活塞的上部面積ST大于下部面積SP，因此箱式雙向調(diào)壓塔內(nèi)部的壓強(qiáng)HT小于管道壓強(qiáng)HP。這樣活塞上部所受壓力FT與活塞下部來自管道壓力FP決定箱式調(diào)壓塔的動(dòng)作狀態(tài)，活塞上下面積的比值越大，箱式調(diào)壓塔的內(nèi)部水深越小，即箱式調(diào)壓塔的有效高度降低，從而降低了箱式調(diào)壓塔的整體高度。其高度可大幅度降低，其降低值可根據(jù)具體情況適當(dāng)擴(kuò)大活塞上部面積即可。箱式雙向調(diào)壓塔結(jié)構(gòu)見圖2-1。

大伙房水庫輸水二期工程是解決遼寧省中南部七市水資源短缺問題的重大區(qū)域性水資源配置工程，在輸水距離長(zhǎng)達(dá)400km、日輸水量高達(dá)594萬t/d、供水目標(biāo)多達(dá)15個(gè)的條件下，全系統(tǒng)采用了壓力密閉輸水方式，鞍山加壓站采用了串聯(lián)加壓方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成復(fù)雜，為保證輸配水系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，經(jīng)水力過渡分析，在營(yíng)盤配水站設(shè)置了2座單向調(diào)壓塔，以解決突然斷電停泵所產(chǎn)生的負(fù)壓水錘。由于鞍山加壓站下游最長(zhǎng)管線近100km，除在營(yíng)盤配水站各支線出口處設(shè)置兩個(gè)單向調(diào)壓塔外，并沒有其他穩(wěn)壓措施，經(jīng)對(duì)該段管道可能發(fā)生的最大、最小內(nèi)水壓力及相關(guān)的閥門操作的影響進(jìn)行復(fù)核，在營(yíng)口、盤錦凈水廠分別或同時(shí)關(guān)閥停水時(shí)，管線中會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)水壓力，超過了設(shè)計(jì)壓力。必須增設(shè)解決正壓措施，比較了設(shè)置溢流式雙向調(diào)壓塔、單向調(diào)壓塔+超壓泄壓閥、箱式雙向調(diào)壓塔改造方案。采用雙向溢流式調(diào)壓塔是最安全的水錘防護(hù)措施，但由于該段設(shè)計(jì)壓力高達(dá)1.12Mpa，且處于平原區(qū)，修建高達(dá)100余米高的調(diào)壓塔存在著抗震、防凍、運(yùn)行維護(hù)等困難，投資較大。單向調(diào)壓塔與加裝超壓泄壓閥組合方案安全程度不高，主要由于超壓泄壓閥一般為先導(dǎo)式，可靠性較差，實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)滯動(dòng)作或拒動(dòng)作問題。經(jīng)分析，在主管道和單向調(diào)壓塔的連接管上安裝箱式調(diào)壓裝置，即可將單向調(diào)壓塔改造成溢流式雙向調(diào)壓塔，從而既不增加塔高，又可使其具有溢流式雙向調(diào)壓塔的功能。

3.2改造方案

原有的箱式雙向調(diào)壓塔主體分為上閥體和下閥體，可將輸水管線上原有的單向塔作為上閥體，所以工程上只需安裝下閥體，并通過管道將兩部分連通即可。改進(jìn)后的箱式調(diào)壓裝置見圖3-1，箱式調(diào)壓塔管道高壓開啟狀態(tài)見圖3-2，箱式調(diào)壓塔管道低壓注水狀態(tài)見圖3-3。

3.3可調(diào)控制壓力設(shè)置

由于某一時(shí)期管道的輸水量不同，管道實(shí)際內(nèi)水壓力值亦不同，可在單向塔內(nèi)靈活設(shè)置多級(jí)溢流水位，作為該階段的控制壓力目標(biāo)。營(yíng)口、盤錦支線管道工作壓力為0.8Mpa，已建單向塔高25m，2座單向塔合建，中間設(shè)溢流井，壓力水頭為20m，經(jīng)計(jì)算分別選用DN800和DN600的下箱體。當(dāng)管道的某一運(yùn)行階段的壓力為40m時(shí)，經(jīng)計(jì)算，溢流管設(shè)置高程為15m；當(dāng)管道的某一運(yùn)行階段的壓力為60m時(shí)，經(jīng)計(jì)算，溢流管設(shè)置高程為20m。詳見圖3-4。

3.4水力過渡分析

由于單向塔原設(shè)計(jì)目的是解決鞍山加壓站突然停泵時(shí)營(yíng)盤支線出現(xiàn)的負(fù)壓水錘問題，因改造后保持補(bǔ)水功能不變，這里不再分析。以7月1日輸水量（營(yíng)口支線流量4.745m3/s，盤錦支線流量1.968m3/s）為典型工況分析營(yíng)口、盤錦凈水廠事故關(guān)閥時(shí)，對(duì)僅設(shè)單向塔和改造成箱式雙向塔壓力分布進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果詳見表3-1、3-2、3-3?？梢姼倪M(jìn)后的單向調(diào)壓塔能起到很明顯的泄壓作用，并且動(dòng)水壓力均小于管道設(shè)計(jì)壓力。

4.結(jié)論

通過獨(dú)特結(jié)構(gòu)的箱式雙向調(diào)壓塔水力控制原理，將長(zhǎng)距離輸水工程通常設(shè)置的單向塔改造成雙向塔，不僅可保持由于突然停泵、開閥而產(chǎn)生的負(fù)壓水錘防護(hù)功能不變，而且可有效解決突然關(guān)閥產(chǎn)生的超壓水錘問題。替代了傳統(tǒng)的雙向調(diào)壓塔，克服了長(zhǎng)距離輸水工程平原區(qū)設(shè)置雙向調(diào)壓塔高度大、抗震要求高、投資高、管理維護(hù)難度大等困難，控制可靠、靈活，是對(duì)傳統(tǒng)單、雙向調(diào)壓塔的技術(shù)突破，極具實(shí)用價(jià)值，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

參考文獻(xiàn)

[1] 張健、鄭源.遼寧省大伙房水庫輸水（二期）工程泵站及全系統(tǒng)水力過渡過程分析報(bào)告[R].沈陽：遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局，2006.

[2]楊玉思、曲興輝.箱式雙向調(diào)壓塔.中國(guó).ZL200610104798.X[P]，2008-09-03.

[3] 劉光臨、劉梅清.采用單向調(diào)壓塔防止長(zhǎng)輸水管道水柱分離的研究[J].水利學(xué)報(bào)，2002（9）：44-48.

[4] E.B.懷利、V.L.斯特里特.瞬變流[M].清華大學(xué)流體傳動(dòng)與控制教研組.譯.2版.北京：水利電力出版社，1987.

摘 要：本文利用上下不等面積活塞增壓原理而形成的獨(dú)特結(jié)構(gòu)箱式雙向調(diào)壓塔水力控制原理，以大伙房水庫輸水（二期）工程營(yíng)盤配水站2座單向塔改造為實(shí)例，采用已建成的單向塔作為上箱體改造成箱式雙向調(diào)壓塔。說明了改造后的箱式雙向調(diào)壓塔不僅可保持原單向塔防負(fù)壓水錘功能不變，而且可有效解決末端凈水廠事故關(guān)閥時(shí)的正壓水錘問題，同時(shí)克服了原單向塔進(jìn)水管道上的單向閥動(dòng)作不可靠的安全隱患，為長(zhǎng)距離輸水工程的單向塔改造和超壓水錘防護(hù)提供了可以借鑒的理論及經(jīng)驗(yàn)，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：水錘防護(hù)；單向調(diào)壓塔；箱式調(diào)壓塔；大伙房水庫輸水（二期）工程

中圖分類號(hào)：TV 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1.引言

長(zhǎng)距離輸水工程為防止突然關(guān)閥、停泵等產(chǎn)生的負(fù)壓水錘或斷流彌合水錘，通常設(shè)置單向調(diào)壓塔，達(dá)到負(fù)壓補(bǔ)水甚至補(bǔ)氣作用。然而，設(shè)置單向調(diào)壓塔需要在進(jìn)塔管路上安裝單向閥（止回閥），實(shí)踐表明，止回閥經(jīng)常出現(xiàn)動(dòng)作不可靠現(xiàn)象，甚至拒動(dòng)作。另外，打開需一定的啟動(dòng)壓力（0.02Mpa），大大降低了單向調(diào)壓塔在解決負(fù)壓水錘中的重要作用，難以滿足速動(dòng)性與魯棒性要求，嚴(yán)重危害了長(zhǎng)輸管線的安全運(yùn)行。因此提高單向調(diào)壓塔運(yùn)行的可靠性、及時(shí)性、安全性是一項(xiàng)急需解決的關(guān)鍵問題。

新型箱式雙向調(diào)壓塔利用不等面積活塞增壓原理，活塞上部面積乘其水深等于活塞下部面積乘以管道最大壓力之積，達(dá)到活塞的動(dòng)態(tài)平衡，保證管道發(fā)生意外水錘時(shí)，只要壓力升高大于正常運(yùn)行最大設(shè)計(jì)水壓，活塞下部的作用合力大于活塞上部的作用合力，活塞上移，打開泄水口，使管道超高壓力得以釋放，從而保護(hù)管道安全，當(dāng)管道因突然停泵或開閥等水錘原因使管道壓力降至低于箱內(nèi)水深或出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)，箱內(nèi)水則向管道內(nèi)流動(dòng)，預(yù)防或消除管道斷流現(xiàn)象，消減斷流彌合水錘。由此可見，箱式雙向調(diào)壓塔具有普通雙向調(diào)壓塔的功能，其高度可大幅度降低，其降低值可根據(jù)具體情況適當(dāng)擴(kuò)大活塞上部面積即可。由此原理可見，對(duì)單向穩(wěn)壓塔進(jìn)行改造成箱式雙向穩(wěn)壓塔，不僅可以解決止回閥動(dòng)作的不可靠性，保證負(fù)壓補(bǔ)水、補(bǔ)氣作用，而且可以解決突然關(guān)閥等正壓水錘。

2.箱式雙向水力調(diào)壓塔基本控制原理

箱式雙向調(diào)壓塔之所以能把雙向調(diào)壓塔的高度降低，而功能保持不變，關(guān)鍵采用了上下活塞面積不等，從而達(dá)到增壓的原理。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

HPSP=HTST （2-1）

式中：HP為管道壓力水頭；SP為箱式雙向調(diào)壓塔活塞下表面面積；HT為箱式雙向調(diào)壓塔上箱體水頭；ST為箱式雙向調(diào)壓塔活塞上表面面積。

活塞在整個(gè)過程中受力始終是平衡的，而活塞的上部面積ST大于下部面積SP，因此箱式雙向調(diào)壓塔內(nèi)部的壓強(qiáng)HT小于管道壓強(qiáng)HP。這樣活塞上部所受壓力FT與活塞下部來自管道壓力FP決定箱式調(diào)壓塔的動(dòng)作狀態(tài)，活塞上下面積的比值越大，箱式調(diào)壓塔的內(nèi)部水深越小，即箱式調(diào)壓塔的有效高度降低，從而降低了箱式調(diào)壓塔的整體高度。其高度可大幅度降低，其降低值可根據(jù)具體情況適當(dāng)擴(kuò)大活塞上部面積即可。箱式雙向調(diào)壓塔結(jié)構(gòu)見圖2-1。

大伙房水庫輸水二期工程是解決遼寧省中南部七市水資源短缺問題的重大區(qū)域性水資源配置工程，在輸水距離長(zhǎng)達(dá)400km、日輸水量高達(dá)594萬t/d、供水目標(biāo)多達(dá)15個(gè)的條件下，全系統(tǒng)采用了壓力密閉輸水方式，鞍山加壓站采用了串聯(lián)加壓方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成復(fù)雜，為保證輸配水系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，經(jīng)水力過渡分析，在營(yíng)盤配水站設(shè)置了2座單向調(diào)壓塔，以解決突然斷電停泵所產(chǎn)生的負(fù)壓水錘。由于鞍山加壓站下游最長(zhǎng)管線近100km，除在營(yíng)盤配水站各支線出口處設(shè)置兩個(gè)單向調(diào)壓塔外，并沒有其他穩(wěn)壓措施，經(jīng)對(duì)該段管道可能發(fā)生的最大、最小內(nèi)水壓力及相關(guān)的閥門操作的影響進(jìn)行復(fù)核，在營(yíng)口、盤錦凈水廠分別或同時(shí)關(guān)閥停水時(shí)，管線中會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)水壓力，超過了設(shè)計(jì)壓力。必須增設(shè)解決正壓措施，比較了設(shè)置溢流式雙向調(diào)壓塔、單向調(diào)壓塔+超壓泄壓閥、箱式雙向調(diào)壓塔改造方案。采用雙向溢流式調(diào)壓塔是最安全的水錘防護(hù)措施，但由于該段設(shè)計(jì)壓力高達(dá)1.12Mpa，且處于平原區(qū)，修建高達(dá)100余米高的調(diào)壓塔存在著抗震、防凍、運(yùn)行維護(hù)等困難，投資較大。單向調(diào)壓塔與加裝超壓泄壓閥組合方案安全程度不高，主要由于超壓泄壓閥一般為先導(dǎo)式，可靠性較差，實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)滯動(dòng)作或拒動(dòng)作問題。經(jīng)分析，在主管道和單向調(diào)壓塔的連接管上安裝箱式調(diào)壓裝置，即可將單向調(diào)壓塔改造成溢流式雙向調(diào)壓塔，從而既不增加塔高，又可使其具有溢流式雙向調(diào)壓塔的功能。

3.2改造方案

原有的箱式雙向調(diào)壓塔主體分為上閥體和下閥體，可將輸水管線上原有的單向塔作為上閥體，所以工程上只需安裝下閥體，并通過管道將兩部分連通即可。改進(jìn)后的箱式調(diào)壓裝置見圖3-1，箱式調(diào)壓塔管道高壓開啟狀態(tài)見圖3-2，箱式調(diào)壓塔管道低壓注水狀態(tài)見圖3-3。

3.3可調(diào)控制壓力設(shè)置

由于某一時(shí)期管道的輸水量不同，管道實(shí)際內(nèi)水壓力值亦不同，可在單向塔內(nèi)靈活設(shè)置多級(jí)溢流水位，作為該階段的控制壓力目標(biāo)。營(yíng)口、盤錦支線管道工作壓力為0.8Mpa，已建單向塔高25m，2座單向塔合建，中間設(shè)溢流井，壓力水頭為20m，經(jīng)計(jì)算分別選用DN800和DN600的下箱體。當(dāng)管道的某一運(yùn)行階段的壓力為40m時(shí)，經(jīng)計(jì)算，溢流管設(shè)置高程為15m；當(dāng)管道的某一運(yùn)行階段的壓力為60m時(shí)，經(jīng)計(jì)算，溢流管設(shè)置高程為20m。詳見圖3-4。

3.4水力過渡分析

由于單向塔原設(shè)計(jì)目的是解決鞍山加壓站突然停泵時(shí)營(yíng)盤支線出現(xiàn)的負(fù)壓水錘問題，因改造后保持補(bǔ)水功能不變，這里不再分析。以7月1日輸水量（營(yíng)口支線流量4.745m3/s，盤錦支線流量1.968m3/s）為典型工況分析營(yíng)口、盤錦凈水廠事故關(guān)閥時(shí)，對(duì)僅設(shè)單向塔和改造成箱式雙向塔壓力分布進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果詳見表3-1、3-2、3-3?？梢姼倪M(jìn)后的單向調(diào)壓塔能起到很明顯的泄壓作用，并且動(dòng)水壓力均小于管道設(shè)計(jì)壓力。

4.結(jié)論

通過獨(dú)特結(jié)構(gòu)的箱式雙向調(diào)壓塔水力控制原理，將長(zhǎng)距離輸水工程通常設(shè)置的單向塔改造成雙向塔，不僅可保持由于突然停泵、開閥而產(chǎn)生的負(fù)壓水錘防護(hù)功能不變，而且可有效解決突然關(guān)閥產(chǎn)生的超壓水錘問題。替代了傳統(tǒng)的雙向調(diào)壓塔，克服了長(zhǎng)距離輸水工程平原區(qū)設(shè)置雙向調(diào)壓塔高度大、抗震要求高、投資高、管理維護(hù)難度大等困難，控制可靠、靈活，是對(duì)傳統(tǒng)單、雙向調(diào)壓塔的技術(shù)突破，極具實(shí)用價(jià)值，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

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