[发明专利]一种防水锤的差压空气罐和设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防水锤的差压空气罐和设计方法，是一种水工设施，是一种管道输水的安全防护设施和设计方法。

背景技术

空气罐又称为蓄压器，是泵站常用的控制水力瞬变、保证工程安全的设备之一，它的主要作用是在停电和停泵过程中：1）避免管道中水压降至大气压以下；2）限制管道水压的最大值；3）限制水泵的反向飞逸转速。

空气罐一般安装在靠近水泵位置处，它是一个充满流体的密闭容器，上部为空气，下部为水，见图1。它的工作原理概述如下：当水泵失去传动或突然停止后，水泵转速下降，流量减小，管路压力降低。此时，空气罐内的压力大于连接点压力。罐内的压缩空气膨胀，并迫使下层水体流出空气罐，进入管道，维持流水的动量。由此，管路的压力可维持在饱和蒸汽压力之上，防止压力下降过大以致出现液柱分离。当水流流速降低至某一数值时，止回阀开始关闭。随着止回阀的关闭，管路的压力增加。当连接点压力大于空气罐压力时，管道内的水进入空气罐。空气罐的液位升高，气体体积减小；这就避免了管路产生过高的压力。通过在系统中引入空气罐，降低了管路的流速变化率，削减了高压，并且避免了液柱分离。在设计空气罐时，为了防止管道中产生过低的压力，水流从罐内流出尽可能自由，而流入水量则被限制以减小空气罐体积，通俗来讲，水流出空气罐容易，流入空气罐相对较难。孔口入流和出流存在水头损失差异，一般采用2.5:1作为孔口入流和出流存在水头损失差异之比。这个自然的差异还不足以达到减小空气罐或最优保护的目的。因此，传统的空气罐通过差动孔口与管道连接的，以增加空气罐入流和出流之间的阻力之比，以图达到减小空气罐和优化保护的目的。差动孔口为一锥形孔，锥形孔的锥角指向管道方向。这样，水流由空气罐进入管道容易，由管道进入空气罐困难。但它的不足也是很明显的，进出流的阻力系数难以调整，使其数值及比例达到最优，同一空气罐的防护效果达到最佳。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了防水锤的差压空气罐和设计方法。所述的空气罐在进出口处采用差压控制阀，增加进出流量的差异，并设计中通过调整差压控制阀进出流量的差异，达到减小空气罐或最优保护的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种防水锤的差压空气罐，包括：安装在水泵出水管上的连接段，所述的连接段的另一端与竖直安装的罐体连接，所述的连接段上设有差压控制阀，所述的差压控制阀具有两个开启方向相反的单向开启阀瓣：出流阀瓣和入流阀瓣，出流阀瓣的过流面积大于入流阀瓣的过流面积。

进一步的，所述的差压控制阀是升降式差压控制阀。

进一步的，所述的差压控制阀是旋启式差压控制阀。

一种上述空气罐的设计方法，所述方法的步骤如下：

初选阻力系数的步骤：泵站过渡过程分析，初步拟定空气罐体积和出流与入流的阻力系数ξ₁和ξ₂，进行数值计算；

调整阻力系数的步骤：根据泵站过渡过程分析，获得对应节点的压力、流速和水位波动的信息，以防护效果最优为目标，通过压力、流速和水位波动的对比，对阻力系数ξ₁和ξ₂进行反复调整和数值计算，选取最优阻力系数ξ₁和ξ₂；

计算阀门开度的步骤：通过ξ₁和ξ₂分别计算出流阀瓣和入流阀瓣开启的高度h₁、h₂和过流通道直径D₀₁、D₀₂；

调整空气罐体积的步骤：使用选出的最优阻力系数ξ₁和ξ₂，调整空气罐的体积，进行数值计算，对比分析压力、流速和水位，获得空气罐的最优体积。

进一步的，所述的空气罐所使用的差压控制阀是升降式差压控制阀，差压控制阀的两个阀瓣开度H的计算公式如下：

ξ₁=2.7－β₂＋β₃

式中：，；

ξ₂=2.7－β₄＋β₅

式中：，。