調壓塔是指位於地面以上的調壓室。調壓塔是一種用於防止水柱分離的水錘防護措施，常裝設在管道系統中容易產生負壓的部位。與普通調壓塔不同的是在塔體水室與泵站出水主管道的連線短管上安裝有一個止回閥，止回閥的啟閉由出水管道的壓力控制。水泵啟動時，止回閥處於關閉狀態，通過補水管向水室充水，當水位達到正常水位後，補水管出口的浮球閥關閉，自動保持水室水位。事故停泵時，當主管的壓力下降至低於調壓塔的水位時，止回閥迅速打開，通過連線短管向主管道補水，防止泵站主管道中壓力降低而產生水柱分離。
基本介紹
- 中文名：調壓塔
- 外文名：Surge tower
- 套用學科：電力（一級學科）
- 套用學科：水工建築（二級學科）
- 領域：能源
- 範圍：電力系統
簡介,單向調壓塔的結構,單向調壓塔的水錘防護特性,總結,
簡介
水錘分析及其防護設計是供水系統設計的重要內容，設計中不重視水錘計算分析或水錘防護設計不合理將可能導致水錘事故的發生。長輸水管道系統，由於地形起伏或管線穿越障礙物等原因，往往出現局部凸起或凹下的管段。這類系統由於水泵的幾何揚程不太高，正常運行時管道壓力不太大，往往未引起設計及運行人員的重視。在電力中斷髮生事故停泵時，由於在管道凸部產生“水柱分離”現象，誘發巨大水錘升壓，嚴重的能使管道破裂，泵房被淹，供水中斷，造成重大經濟損失。
單向調壓塔的結構
1.單向調壓塔的結構及原理
單向調壓塔是一種用於防止水柱分離的水錘防護措施，常裝設在管道系統中容易產生負壓的部位。與普通調壓塔不同的是在塔體水室與泵站出水主管道的連線短管上安裝有一個止回閥，止回閥的啟閉由出水管道的壓力控制。水泵啟動時，止回閥處於關閉狀態，通過補水管向水室充水，當水位達到正常水位後，補水管出口的浮球閥關閉，自動保持水室水位。事故停泵時，當主管的壓力下降至低於調壓塔的水位時，止回閥迅速打開，通過連線短管向主管道補水，防止泵站主管道中壓力降低而產生水柱分離。
對於長輸水管道系統，適宜採取單向調壓塔進行水錘防護，這是因為當管道內壓力降低至一定值時，單向調壓塔可以給管道補水，防止產生負壓而形成水柱分離;另外在單向調壓塔與輸水主管相連的短管上安裝有止回閥，防止水逆向由管道流入塔內，因此可以減小調壓塔的高度。調壓塔向主管補水後，由另外裝設的與浮球閥(或其他裝置) 相連的補水管對調壓塔充水，使塔內水位達到預定的高度，以保證下一次補水的壓力與水量。單向調壓塔的水位高度及容積應通過計算求得最佳值。
2.單向調壓塔的邊界條件
採用特徵線法對事故停泵水錘進行計算機模擬分析。特徵線法是國內外廣泛用於水錘分析的方法，其原理是將水錘方程沿特徵線進行有限差分近似，轉換成在特徵條件下的代數方程，引入相應的邊界條件求解。
單向調壓塔的水錘防護特性
1.單向調壓塔技術方案的確定
為了研究單向調壓塔在工程中的套用，結合水源泵站進行單向調壓塔水錘防護特性的研究。該供水系統由2台32SAO10JB型水泵取水，並聯後由1根直徑為1400mm，長569915m的輸水管道向沉澱池供水。泵站取水口處，長江最高水位20.24m，最低水位4.69m，水位變幅達15.55m，採用圓筒乾室型泵房。
出水管道從泵房底部垂直上升至控制層後，跨越長江乾堤頂部，然後下降至地面高程，再沿地面鋪設延伸至遠處的水廠沉澱地。在水泵出口附近處，管道由高程3.15m垂直上升至23.87m(頂部管道軸線高程) ，形成局部凸起管段。原設計時採用了兩種防護技術措施，一是在泵出口裝設了重錘式兩階段關閉液控蝶閥，設定的關閉程式為快關時間7s，快關角度60°，慢關時間19s，慢關角度30°; 二是在23.87m高程的凸起管段上安裝了3個500的進排氣閥。系統投產後，由於意外停電，多次發生嚴重的水錘事故，使管道爆裂，供水中斷，給市民生活和工業生產造成嚴重損失。
採用特徵線法，引入單向調壓塔的邊界條件，對系統進行詳盡的停泵水錘計算分析，並對單向調壓塔的容積、水位高度、補水管直徑進行了最佳化設計。
經方案比較，確定最小補水容積為48.8m。結合管道布置及地形條件，並取安全係數k=1.1，選用兩個並聯的單向調壓塔，其直徑d=3.2m，水位高度H=4.8m，補水管直徑D=0.5m。裝設在出水管穿越長江乾堤凸部的管段上。
2.單向調壓塔的水錘防護特性
採用特徵線法對系統進行停泵水錘計算分析，計算結果表明，單向調壓塔具有顯著的水錘防護效果。原系統在未裝設調壓塔時，停泵後在管道凸部即產生水柱分離，大約在59s時被分離的水柱相彌合，這時在出水管道中產生巨大的水錘升壓，最大水錘壓力達到2.98MPa，而且水柱分離及其再彌合的現象在計算時段內多次發生。因此可以看出，在長輸水管道中，由於事故停泵產生的水柱分離誘發巨大的水錘壓力上升是導致水錘事故、造成管道破損的主要原因。
加裝單向調壓塔後，由於在停泵過程中，管道壓力降低時，單向調壓塔可以通過補水管進行補水，防止產生負壓形成水柱分離，因此可起到較好的水錘防護效果。
管中的最大水錘壓力為0.46MPa，管道系統內未發生汽化和水柱分離，未出現危險的水錘升壓。
3.停泵水錘現場試驗研究
為對單向調壓塔的水錘防護效果進行進一步的驗證，在九江市第三水廠水源泵站單向調壓塔安裝調試後，進行了停泵水錘現場試驗研究。採用超音波流量計、光電轉速儀、壓力感測器、閥位感測器等儀器對停泵過程的瞬態流量、瞬態轉速、水泵出口閥關閥過程以及主要測點的壓力進行了測試，由計算機數據採集系統進行數據採集，然後將實測數據用Microsoft Excel 軟體繪製出各參量的瞬態過程線。
驗證了計算機模擬計算分析的正確性，同時也說明了單向調壓塔對於防止水柱分離引起的水錘壓力升高具有顯著的水錘防護效果，而且是經濟可靠的。
總結
(1) 水錘計算及其防護方案的設計是泵站工程設計的一項重要內容，應在對水錘進行詳盡計算分析後根據水錘壓力變化的特點進行防護措施的最佳化設計，盲目地選用水錘防護裝置，或加厚管壁，既造成經濟上的浪費，又無法起到水錘防護的作用。
(2) 輸水管道系統停泵水錘事故的主要原因是在事故停泵後的降壓過程中，管道出現負壓而導致水柱分離，在升壓波到來時，被分離的水柱再碰撞，誘發巨大水錘升壓，即所謂的“水錘分離及其再彌合”現象。
(3)單向調壓塔適用於防止輸水管道系統停泵過程中產生“水柱分離及其再彌合”現象，具有良好的水錘防護特性。
