輸水彈道排氣缸的增設(shè)
一、前言
輸水彈道，重要指水源至凈水廠或凈水廠至配水管道網(wǎng)的彈道。因為輸水彈道累贅全零碎供水，且壓力較高，因而它的保險運行問題前后被從水單位和設(shè)計單位所注重。
輸水彈道常見的事變是爆管，導(dǎo)致爆管的起因重要有：熱度應(yīng)力、管材品質(zhì)、施工品質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水錘等。彈道中的氣囊固然使不得間接造成水錘，但可借助水錘造變成害。白文就如何在輸水彈道上設(shè)置排氣缸，防止氣體薈萃成氣囊繼續(xù)探討。
二、范例及綜合
在地勢起估地段，務(wù)求輸水彈道的高點設(shè)排氣缸，但理論運行中，許多爆管并未產(chǎn)生在高點或低點，而是產(chǎn)生在高點后的下彎管段，乃至工業(yè)氣壓彈道也產(chǎn)生該類爆管。黑龍江鶴崗的一段彈道爆管就是一個典型的例子。
鶴崗市屬低山丘陵區(qū)，凈水廠與送水泵站分建，二者距離5公里，污染水靠重力流送至送水泵站，凈水廠清水池高程210m，送水泵站清水池高程185m，輸水管為DN800陸續(xù)鑄鐵管，均勻光速1.0m/s，泵站前500m有一高崗，高程185(見圖一)，高崗的高點有一排氣缸，但排氣缸后50m處，屢次產(chǎn)生爆管事變，起初在爆管處加裝了一雙口排氣缸，多少年來，兩排氣缸間沒再爆管，只在新裝排氣缸后10m處產(chǎn)生過一次爆管。
從某個例子看，爆管與管中的氣體無關(guān)(調(diào)度氣缸后無爆管)。上面對彈道中氣囊的構(gòu)成內(nèi)中和它的受力狀況繼續(xù)綜合：
1.氣體的薈萃及失調(diào)
在畸形狀況下，彈道中的水流可相近地看成是恒定流(壓力、光速、熱度一成不變)。在這種狀態(tài)下，水中的氣體要逐步地析出，構(gòu)成大小
不等的氣泡回升到管壁，氣泡按水流光速向前靜止。在上坡段，因為浮力的作用，氣泡光速可能大于水光速。因管壁有定然毛糙度，各氣泡靜止位置相反，很難薈萃成大氣泡。大方泡沿管壁定然幅度向前固定，通過高點排氣缸時，排上呼吸道直徑內(nèi)的氣泡有條件排出，而其余氣泡靠水流的推力向上游流去。因為管壁處的紊流和光速和切線特點，使一些通過排上呼吸道的大方泡通過排氣孔也向上游流去(見圖二)。
通過排氣缸的氣泡順坡而行，靜止位置與氣泡所受浮力的分力P1位置相同(見圖三)，某個浮力合力產(chǎn)生的屏障，管保使氣泡靜止的進(jìn)度減慢，后序氣泡輕易撞擊后面氣泡而全成大氣泡，大氣泡產(chǎn)生大的浮力。
浮力分力P1=PSinα(1)
式中：p--氣泡受水的浮力(P=1/6πd3?P)
P--水的容重
d--氣泡直徑
α--彈道的俯角
氣泡受水流的推力為P`
V2
p＇=-----.S(2)
2g10
V2
式中：--------光速壓強(qiáng)(Kg/cm2)
2g10
S--氣泡大截面積(S=1/4πd2)
V--水光速(m/s)
當(dāng)P1＝P`時，氣泡受力達(dá)成失調(diào)而靜止在彈道中。聯(lián)立(1)、(2)式得
3
d.Sinα=-----------
10.4p.g
C--失調(diào)常數(shù)
式(3)注明，在恒定流條件下，氣泡直徑與彈道俯角的正弦成正比。
當(dāng)d?Sinα>C時，氣泡向上挪動。
2.彈道中氣囊的狀態(tài)
前述氣泡失調(diào)問題時，假設(shè)了氣泡為直徑等于d的球狀，這只能相近地勢容微弱氣泡，理論受騙氣泡達(dá)成定然體積，且回升到管壁變成氣囊，因為名義張力的的作用，它將以半扁圓形態(tài)存在(見圖四)。隨著氣泡逐步長大，氣泡的形態(tài)將受水流推力、重力和彈道形態(tài)掌握，在長短位置伸長較大，在橫向成弓形。
依據(jù)模仿測量，氣囊的長L與高h(yuǎn)的關(guān)系為：
1≈15h
3.氣囊受力綜合及臨界地位
依據(jù)水利學(xué)原理，氣囊在彈道內(nèi)失調(diào)時所受水流的推力，等于垂直于水流的截面所受的壓力(見圖五(1))，某個截面為以h為高的弓形(見圖5(2))
nV2
p＇=∑pi=-----.S(5)
12g10
S--弓形在積
氣囊能導(dǎo)致爆管，是因為快捷電門閥門或水泵起停，使彈道出一了大的壓力升值，氣體的可壓縮特點，使應(yīng)力集中到氣囊產(chǎn)生低壓而爆管。
依據(jù)一些爆管的教訓(xùn)，氣囊高低達(dá)成管徑四分之一是爆管的奇險點，也就是氣囊的臨界點。那時氣囊的體積和斷面積容易劃算為：
V≈0.5πr3，S≈0.2πr2。
對前例中DN800彈道，當(dāng)V=1.0m/s時，所受推力按(5)式劃算：
1.02
p＇＝------0.2π.402=5.124(Kg)
2g
所受浮力按(1)式劃算
P1=PSinα=0.5π0.43×1000Sinα=100.5Sinα
當(dāng)P`=P1時
5.214
α=arcSin=-----------=2.92°100.5
該俯角α與實測爆管點俯角根本吻合。
三、論斷
1.輸水彈道下坡段務(wù)必增設(shè)排氣缸，具體地位由式P`=PSinα確定，劃算光速取均勻值為宜；
2.彈道理論俯角小于劃算觀點時，排氣缸應(yīng)設(shè)鄙人蜿蜒線與曲線的交點處；
3.為使管內(nèi)氣體盡早排出而不構(gòu)成氣囊，下彎管線與直管線的交點均應(yīng)設(shè)排氣缸；
4.白文所增設(shè)的排氣缸使不得取代高點排氣缸�！綧echNet】
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