一种防护泵供水系统用的新型空气罐结构技术方案

一种防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构，包括空气罐、减压阀、高压储气罐、止回阀，所述空气罐与高压储气罐通过输气管路连接，所述输气管路中顺序设置止回阀、常开电磁阀、减压阀、检修阀，所述空气罐还顺序连接常闭电磁阀与空气阀。本发明专利技术具有如下特点：防护水锤效果好；安装位置不受地形条件限制，一般安装在水泵房附近；结构简单，运行安全可靠；使用方便、容易维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水输送的
，尤其涉及长距离输水管路系统中用于水锤防护装置中的一种防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构。
技术介绍
实际在泵输水系统运行中，由于停电或者误操作等原因，经常发生停泵水锤，致使水泵出水管道、阀门以及水泵机组遭受破坏，供水中断，造成严重的损失。发生停泵水锤事故时，如果能及时防止泵出口压力降低，那么管道中压力也不会升得太高。目前，防止水锤发生时压力降低的方法有两种：一种是向管道内注水，另一种是向管道内注气。向管道内注水的水锤防护装置主要包括单、双向调压塔、空气罐，向管道内注气的水锤防护措施主要有空气罐。然而空气阀只有当管道内的压力小于大气压时才能进气，不能及时有效的防止管道内压力降低。空气罐是输水管路系统一种用于防止产生正负压的特殊水锤防护装置，它装设在水泵出口附近，空气罐在发生水锤事故时，水泵出口处管道由于流量下降导致压力下降，空气罐内初始的气体压力大于管道中液体压力，空气罐中的水被压入到管道中，以补充管道内液体的流量下降，从而缓解水泵出口处的压力下降；当正压波到达水泵出口处时，管道内的压力大于空气罐内的气体压力，管道内的液体由于压差的作用被压入到罐体内，从而缓解水泵出口的压力升高。空气罐内压缩气体的存在可以释放压力能或者吸收管道中的压力波。因此空气罐在设计阶段需要考虑的因素较多，包括空气罐的体积、罐内初始气体压力、罐内初始液体体积、罐体与输水管道的连接管阻抗等，目前工程师们一般依靠工程设计经验和图表进行空气罐的参数选择，一般要经过比较繁琐的试算过程，属于十分耗时而且笨拙的方法。目前，常用的空气罐有两种类型，非分离型空气罐和分离型空气罐，对于非分离型空气罐而言，空气与水的接触面处存在空气溶于水的现象，但是无论是分离型空气罐还是非分离型空气罐，都存在一个问题就是气体流失，因此需要空气压缩机对其进行补气。除此之外，对于长距离输水工程或者对水锤防护要求高、调节能力大的工程，需要的空气罐的容积过大，这就使得传统的空气罐很难大规模推广到实际工程应用中。
技术实现思路
针对上述现有技术的问题，提供了结构简单，使空气和水分别在两个罐子内的一种防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构。本专利技术提供的技术方案：一种防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构，包括空气罐、减压阀、高压储气罐、止回阀，所述空气罐与高压储气罐通过输气管路连接，所述输气管路中顺序设置止回阀、常开电磁阀、减压阀、检修阀，所述空气罐还顺序连接常闭电磁阀与空气阀。所述防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构安装在防护泵出口阀门后，或安装在输水管道中间。所述防护泵供水系统水锤的方法及新型空气罐结构完全将水和气体分开在两个罐子内。所述新型空气罐结构的边界条件为：对方程式1采用牛顿-拉夫逊方法，可得到下列迭代求解方程：其中：当|ΔQs|≤10-4时，求解Qs结束，否则令Qs(j)＝Qs(j)+ΔQs，重复上述过程直至满足条件；其中参数：Hp(j)为水泵扬程，单位：m；Qp(j)水泵流量，单位：m3/s；Q(N,j)为流出节点N的管道流量，单位：m3/s；H(N,j)为节点N水头，单位：m；Qs(j)为通过空气罐的节流孔口的流量，单位：m3/s；A为阀门断面积，单位：㎡；ε为阀门的阻力系数；w为节流孔口断面积，单位：㎡；Hs为空气罐内水位，单位：m；hh(j)为空气罐内水头，单位：m；Vs(j)为空气罐气体体积，单位：m3；Ps(j)为空气罐气体压强，单位：pa；As为空气罐断面积，单位：㎡；H为大气压，单位：m3；k为空气罐节流孔口阻力系数；Hair为减压阀初始压力水头，单位：m。本专利技术具有如下特点：防护水锤效果好；安装位置不受地形条件限制，一般安装在水泵出口附近；结构简单，运行安全可靠；使用方便、容易维护。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施模型的结构示意图。图2为实施例工程示意图。图3最大最小压力水头包络线。图4水泵无量纲特征量变化曲线。图5水泵出口压力变化曲线。图6本专利技术所述的新型空气罐结构内水位变化曲线。图7本专利技术所述的新型空气罐结构内空气质量变化曲线。其中:1-水泵；2-两阶段缓闭蝶阀；3-空气罐；4-高压储气罐；5-止回阀；6-常开电磁阀；7-减压阀；8-检修阀；9-常闭电磁阀；10-空气阀。具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构，包括空气罐、减压阀、高压储气罐、止回阀，所述空气罐与高压储气罐通过输气管路连接，所述输气管路中顺序设置止回阀、常开电磁阀、减压阀、检修阀，所述空气罐还顺序连接常闭电磁阀与空气阀。止回阀的作用是防止管道中压力增大时，空气罐中的水进入高压储气罐，水泵正常工作时，常闭电磁阀处于关闭状态，只有当水泵发生事故断电时常闭电磁阀才打开。此时，高压储气罐中的空气膨胀使空气罐中的水可以进入管道，从而起到水锤防护的作用。所述压力罐的模型边界条件算法演算过程为：基本参数：Hp(j)为水泵扬程，m；Qp(j)水泵流量，m3/s；Q(N,j)为流出节点N的管道流量，m3/s；H(N,j)为节点N水头，m；Qs(j)为通过空气罐的节流孔口的流量，m3/s；A为阀门断面积，㎡；ε为阀门的阻力系数；w为节流孔口断面积，㎡；Hs为空气罐内水位，m；hh(j)为空气罐内水头，m；Vs(j)为空气罐气体体积，m3；Ps(j)为空气罐气体压强，pa；As为空气罐断面积，㎡；H为大气压，m3；k为空气罐节流孔口阻力系数；Hair为减压阀初始压力水头，m。本专利技术的工作原理：水泵正常运行时空气罐内的压力与输水管道P点处的压力相等，此时空气罐内充满水。当突然停泵时，将会引起水泵的转速下降并且其流量也会减小，这时空气罐内压力高于输水管道点P的压力，并且当空气罐内的压力低于减压阀设定压力Hair值时，减压阀便会打开从高压储气罐向空气罐内补气，使空气罐内的水流出补给管道，从而减缓管道中水流流速下降的速率，以避免管道内压力下降至大气压以下或者蒸汽压力。同样地，当管道内水流发生倒流，两阶段关闭蝶阀将迅速关闭，使管道内的压力升高。当点P的压力值大于空气罐内压力值时，管道内的水进入空气罐内从而减缓管道内水流流速的变化率，因此抑制了管道内压力的升高。压力罐的数学模型为：基本参数：Hp(j)为水泵扬程，m；Qp(j)为水泵流量，m3/s；Q(N,j)为流出节点N的管道流量，m3/s；H(N,j)为节点N水头，m；Qs(j)为通过空气罐的节流孔口的流量，m3/s；A为阀门断面积，㎡；ε为阀门的阻力系数；w为节流孔口断面积，㎡；Hs为空气罐内水位，m；hh(j)为空气罐内水头，m；Vs(j)为空气罐气体体积，m3；Ps(j)为空气罐气体压强，pa；As为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构，其特征在于：包括空气罐、减压阀、高压储气罐、止回阀，所述空气罐与高压储气罐通过输气管路连接，所述输气管路中顺序设置止回阀、常开电磁阀、减压阀、检修阀，所述空气罐还顺序连接常闭电磁阀与空气阀。

【技术特征摘要】
1.一种防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构，其特征在于：包括空气罐、减压阀、高压储气罐、止回阀，所述空气罐与高压储气罐通过输气管路连接，所述输气管路中顺序设置止回阀、常开电磁阀、减压阀、检修阀，所述空气罐还顺序连接常闭电磁阀与空气阀。2.根据权利要求1所述的一种所述防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构，其特征在于：安装在防护泵出口阀门后。3.根据权利要求1所述的一种所述防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构，其特征在于：安装在输水管道中间。4.根据权利要求1所述的一种所述防护泵供水系统水锤用的新型空气罐结构，其特征在于：所述新型空气罐结构的边界条件为：对方程式1采用牛顿-拉夫逊方法，可得到下列迭代求解方程：其中：F0=2[Hair+Hs(j)+Zc-σ12gw2Qs(j)|Qs(j)|]-(CM+CP)-BQs(...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱满林，闫天柱，王超，张言禾，王涛，李小周，郝萍，邢孟，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61