水锤计算软件在高层建筑给水系统设计中的应用.pdf 4页

'水锤计算软件在高层建筑给水系统设计中的应用于金岭(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海200092)摘要通过应用水锤计算软件对若干高层建筑给水系统设计实例的水锤分析,量化了高层建筑给水系统在不同工况下水泵以及管道发生停泵水锤的危害程度,并对目前工程常用的水锤防护措施所能起到的作用进行了模拟计算,给出了预防和减轻水锤危害的设计依据和有效防护措施的建议。关键词高层建筑给水系统水锤保护瞬变流水锤计算软件Applicationofwaterhammeranalysissoftwareinhigh-risebuildingwatersupplysystemYuJinling(ArchitecturalDesign&ResearchInstituteofTongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Bytheanalysisofthecasestudyoftheapplicationofwaterhammeranalysissoftwareonsomehigh-risebuildingswatersupplysystems,thedamageofbump-stoppingwaterhammeronbumpsandpipesunderdifferentoperationconditionsinhigh-risebuildingwatersupplysystemwasquantized,theprotectioneffectsofexistingnormalwaterhammerpreventionmeasuresweresimulated,andthedesignmeasuresandproposalstopreventandrelievewaterhammerdamagewerebroughtforward.Keywords:High-risebuilding;Watersupplysystem;Waterhammerprevention;Transientflow;Waterhammeranalysissoftware0前言算来确定水锤压力。到底水锤会产生多大的压力,随着各地高层建筑的不断增多,高层建筑给水工程中常用的一些水锤保护设备或措施能起到多大系统的水锤防护也越来越被设计所重视。水锤是供的保护作用?本文将通过应用美国水锤计算软件水系统中常见的一种物理现象,其在供水系统管路HAMMER来量化分析水锤的实际破坏力以及各中的破坏力惊人,轻则引起水泵及管道振动,产生巨种水锤保护设备或措施的作用大小。大的水锤噪声,重则爆管漏水,造成供水中断和破坏1无水锤保护装置时的水锤分析供水设备等严重事故。高层建筑物供水常见的方式为恒速泵加高位高层建筑物的供水管道为垂直布置,立管高度水箱供水方式和调速泵恒压供水方式。这些供水数十米至上百米。由于水泵启动、停止和阀门的突方式在运行中如果没有水锤保护措施,实际会产然关闭,使管道中水流流速发生突然变化而在管道生多大的水锤破坏力?下面分别通过两个实例计中产生瞬变流,导致压力快速下降或升高。当压力算加以分析。降低到一定程度时,就会引起水柱分离现象,出现断1.1恒速泵加高位水箱供水流空腔,并在空腔弥合时水流产生强烈的撞击升压,恒速泵加高位水箱供水,当水泵突然停止运行这就是断流弥合水锤,它所形成的高压约为常压的时,水流由于惯性继续向上运动一段距离后,在水泵数倍,并且在整个管道中迅速传递。出口处产生水柱拉断现象,随即产生真空段,而真空设计一般是根据规范要求和通过经验公式的估段又将水柱拉向水泵,水柱加速冲向水泵。由于水80给水排水Vo1l36No172010 泵出口管道上安装有止回阀阻止水流倒流,此时将表1水泵转速变化情况在止回阀处产生很大的水锤压力。时刻/s水泵转速/r/min转速比如一幢30层的高层建筑,最大时设计水量为014501325m/h,2台水泵供水,1用1备,水泵泵轴标高511600.80m,楼顶设水箱,水箱水位标高100m,水泵设计流1013780.953量25m/h,扬程130m,转速1450r/min,水泵与1510880.752电机的转动惯量总和5kg#m。管道为DN65钢2011600.8管,水锤波速1100m/s。在水泵出口处设置快关止2514501回阀。假设水泵突然停止运行,利用HAMMER软件计算,整个管道在水泵止回阀处将产生最大的水通过HAMMER软件的分析,此时在管道中将锤压力,达到380mH2O,压力升高2.92倍。压力变会产生水锤现象,最大水锤压力发生在水泵出口处,化曲线见图1和图2。压力达到154mH2O,压力升高1.4倍。该水锤压力虽然没有停泵时的水锤压力大,但也足以引起水泵及管道的振动,产生巨大的噪音。水锤压力变化曲线见图3和图4。图1恒速泵加屋顶水箱供水管道水锤压力分布图3调速泵供水管道水锤压力分布图2恒速泵加屋顶水箱供水止回阀处压力变化1.2调速泵供水调速泵供水,当用水量变化时,水泵的转速也随之变化。当水泵的转速变化较快时,管道中的水流图4调速泵供水止回阀处压力变化流速也将随之快速变化,这种流速的快速变化也极由上面两个实例的分析结果可以看出,高层建易引起水锤现象。筑给水系统无论是调速泵还是恒速泵加屋顶水箱供同样以1.1节中恒速泵供水的例子来计算,将水方式,在停泵或泵转速发生变化时,都会引起不同水泵换成调速泵同时取消屋顶水箱,完全由调速泵程度的水锤现象,产生较大的水锤压力,造成水泵及供水。水泵的转速变化情况见表1。管件的剧烈振动或损坏。因此,必须在设计时考虑给水排水Vol136No17201081 水锤防护设备的设置。并控制水泵的开、停和转速调节,控制流量,进而使2有水锤保护装置时的水锤分析压力维持一定水平,可以通过控制微机设定水泵供工程设计中应充分考虑水锤的危害,尽量避免水压力,保持恒压供水,避免过大的压力波动,使产产生较大水锤压力的可能。通过建立水锤分析模型生水锤的概率减小。并进行分析,可以试算不同管道管径、流速、水泵转2.3缓闭止回阀速变化对水锤压力的影响,有效地将水锤危害降低快关止回阀是水锤压力的主要来源之一。由于到可接受的程度。但如果不能仅通过调整设计参数停泵后,水流速度迅速降低直至产生反向流量,止回来消除水锤,必须考虑设置水锤防护设备来控制水阀快速关闭,使倒流水柱与止回阀发生猛烈撞击,产锤的危害程度。生水锤压力。缓闭止回阀可以减缓管道中水流的变对于高层建筑给水系统,通常可以从以下几个化,从而降低水锤压力。方面来考虑减轻水锤危害:¹选用转动惯量较大的应用水锤计算软件对1.1节中实例进行分析,水泵;º水泵软启动与软停泵;»水泵出口选用缓闭在水泵出口设置缓闭止回阀,比较不同缓闭时间的止回阀;¼增设水泵旁通管;½设置气压罐。止回阀对水锤压力的影响,结果见表3。可见缓闭2.1水泵转动惯量止回阀可以有效降低水锤压力。水泵的转动惯量可以影响水泵转速的增加和降表3缓闭止回阀缓闭时间与水锤压力关系低。转动惯量越大,水泵从停泵到停止转动所花的阀门缓闭时间/s最大水锤压力/mH2O时间就越长。0380较高转动惯量的水泵能够更好地控制水锤的发5300生,因为它可以使水更长时间流过水泵,从而减缓水10240泵的减速过程。这一特性能够减缓水锤的产生,降15190低最大水锤压力。应用水锤计算软件对1.1节中实2.4水泵旁通管例进行分析,比较不同转动惯量的水泵所产生的水在水泵并联一段旁通管,旁通管上设置单向阀,锤压力,结果见表2。可见水锤压力随着水泵转动允许水流方向与水泵供水方向相同(见图5)。旁通惯量的增大而减小。管在某种情况下可以起到一定的水锤保护作用。当表2水泵转动惯量与水锤压力关系水泵停止运行后,水泵转速逐渐降低,流速减慢,此水泵转动惯量/kg#m2最大水锤压力/mH2O时在水泵吸水口处产生正的瞬变流,而在水泵出水5380口处产生负的瞬变流,即水泵吸水口产生压力升高10330的趋势,而水泵出水口处产生压力降低的趋势。当15290吸水口处压力高于出水口处的压力时,旁通管打开,20260水流通过旁通管从水泵上游流向下游,这样可以阻2.2水泵软启动与软停泵止水泵吸水口处压力的进一步升高以及水泵出水口水泵在正常运行时的启动和停止过程如果过处压力的进一步降低,阻止瞬变流的进一步发生,降快,会使管道中产生瞬变流,引起较大的水锤压力。低水锤压力。除非停电,否则应该采用不同的技术使通过水泵的2.5气压水罐流量变化尽量缓慢。如采用水泵软启动装置或变频气压水罐能够在管道系统压力升高时将系统中设备来最大限度降低水锤压力。的水放出,压力降低时向系统中注水。气压水罐一在对水泵机组进行变频调速控制时,供水管网般设置在水泵出口处,水罐上部为压缩空气,下部分压力随工况的变化而不断变化,水泵工频运行时经是水,如图6所示。常出现低压或超压现象,容易产生水锤。可采用当水泵停止运行时,管道压力降低,气压水罐中PLC自动控制系统,通过对管网压力的检测,反馈的压缩空气膨胀,将罐中的水压入管道中,而当水锤82给水排水Vo1l36No172010 图5水泵旁通管示意图8设置气压水罐后水泵出口处压力变化曲线在设计中使用气压水罐时,应保证气压水罐中的水能够循环流动而保持新鲜。另外,在北方寒冷地区使用时,应注意避免气压水罐中的水结冰,最好将其放置于有取暖设备的室内。3结语高层建筑给水系统的水锤防护是设计中的一项重要内容。经过本文水锤软件的分析计算,在水泵图6气压水罐示意出口设置气压水罐是一个行之有效的保护措施,目压力生成时,管道压力升高,气压水罐中的气体被压前市场上已经有许多成品的气压水罐可以选用。但缩,管道中的水进入到气压水罐中,这样,气压水罐不同的工程条件对气压水罐的容积有不同要求,设就起到了很好的压力缓冲作用,有效地降低水锤计时需要通过水锤分析模拟确定所需要的气压水罐压力。最佳容积。另外,也应该同时考虑选择转动惯量较同样利用HAMMER软件对1.1节中实例进大的水泵、设置缓闭止回阀、增设水泵旁通管等措行分析,在水泵出口设置一个500L的气压水罐,经施,来增加高层建筑给水系统的运行可靠性。水锤计算软件的分析,设置气压水罐后,供水系统的参考文献最高水锤压力从无任何保护装置时的380mH2O降低到120mH1金锥,姜乃昌,汪兴华,等.停泵水锤及其防护.第2版.北京:中国2O。结果见图7和图8所示。建筑工业出版社,2004可见设置气压水罐可以有效降低水锤压力,气2蒋永艰.高层建筑消防设计手册.上海:同济大学出版社,2001压水罐是目前高层建筑给水系统最常见的水锤防护3于布.水力学.广州:华南理工大学出版社,2001设备。4WalskiTM.Advancedwaterdistributionmodelingmanagement.FirstEdition.HAESTADMethodCo.,Ltd.,USA,2001x通讯处:200092上海市国康路46号同济科技大厦1101室电话:(021)65989241-836E-mail:yujinling1234@sina.com收稿日期:2009-10-19图7设置气压水罐后水锤压力分布修回日期:2010-03-23给水排水Vol136No17201083'