输油管道的水击分析解析PPT精品课件

2021/3/1
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输油管道的水击分析
若关闭阀门所经历的总时间为Ts，则可将它分成n个时段△t1， △t2 ，…… △tn ， Ts =∑△t1 ，
H0
直接水击
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间接水击
△t1时段
△t2时段
p0 g
V0
若
Ts
2L a
则阀门处
L
若
Ts
2L a
则阀门处
p 1a(V 0 V 1) p 2a (V 1 V 2)
p g
来自百度文库p0 g
V=0 V0
B
t 0t L A
La
V0
B
V0
V0
tLt2L A aL a
a
H0
流速由-V0→0， 压强降低△p，
管壁收缩
p g p g
p0 g
V=V00
V0 V0=0
2021/3/1B
t2Lt3L A aL a
p
a
g
p
流速由0 →V0 ，
g
H0
压强增加，恢复原状， 管壁恢复原状
p0 g
输油管道的水击分析
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输油管道的水击分析
输油管道中的水击
水击是指液体流速改变引起的压力瞬变过程。其实 际上是一种能量转换。任何原因引起的流速变化，都将 产生水击，或是增压、或是减压。流速的突然下降所 产生的水击对输油管道特别危险。
“泵到泵”输油管道水击发生示意图
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输油管道的水击分析
间接水击：指闸门关闭（或开启）的时间Ts＞T（相长），即从水 库反射的减（增）压波已到达阀门处，阀门尚未关（开）完毕，
使阀门处水击压强不能再升高（降低）到最大（小）。
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阀门突然关闭时有压管道中的水击的物理过程
a
流速由V0→0，
压强增加△p，
H0
管壁膨胀
p g
p0 g
H0
a
流速由0 → -V0 ， 压强减小，恢复原状， 管壁恢复原状
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输油管道的水击分析
水击波的传播及波速计算
水击是以压力波的形式在有限的管道边界内进行传播和反射的。水击波的传 播分为四个阶段，1、从阀门突然开启或关闭，使水流流速改变产生水击波，这 是水击的第一个阶段，也是直接波。水击波所到之处，管道内的流速和压强也随 之发生变化。
当水击波传播到水库或水池或者回到阀门处，水击波将产生反射，这种反射 的水击波称为间接波。
水击物理概念
当流场中液体质点的运动要素不仅随空间位置而变、而且随时间而 变化时，这种流动称为非恒定流动。
有压管中的非恒定流动，称为有压非恒定流动。 水击（或称水锤）是有压管中的一种重要的非恒定流现象。
这种压强的交替升降，有时会达到很大的数值，处理不当将导 致管道系统发生强烈的振动，管道严重变形甚至爆裂。
2L c
，称为一个相长。往返两次
的时间4L 2T 称为一个周期。式中a为水击波的波速，L为管道的长度。
c
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输油管道的水击分析
0tLc v0 0
Lct2Lc 0v0
2Lct3Lc v0 0
3Lct4Lc 0v0
水击的分类： 根据闸门关闭（或开启）的时间Ts与相长T的比值
直接水击：闸门关闭（或开启）的时间Ts＜T（相长），即从水库 反射的减（增）压波尚没有到达阀门处时，阀门已经关闭（开启） 完毕，阀门处已达最大（小）水击压强。
到零时，阀门突然关闭时的压强水头增量为
1000
H 6600m
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9.8
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输油管道的水击分析
根据质量守恒原理可推导出水击波的传播速度
K
a
1
(K 1ED) 1K ED )
K、ρ——液体的体积模量、密度
E、D、δ——管壁材料的弹性模量、管径、管壁厚度
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输油管道的水击分析
以苏南管道为模型，对压力波速度进行计算：
一类是从改变流速变化过程的角度考虑，如采用气 体缓冲罐、水击罐等，设计合理的阀门开、关程序和停 泵控制过程，减缓流体瞬变过程。例如在停电站上、下 游的泵站上停一台泵，以适应事故站的流量变化等。另 一类是使用各种压力保护设备，防止管道超过允许工作 压力。如各种泄压装置、回流保护系统和逻辑控制顺序 停泵技术等。
防止水击的措施
（1）输油管道水击的特点
1）对长距离输油管道的水击要考虑水击波传递过 程中的阻尼现象。
2）中间泵站突然停输是长输管路中产生水击的主要 原因，其对上游站和下游站的影响各不同，对上游站传 递的是增压波，对下游站是减压波。
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输油管道的水击分析
（2）输油管道水击的控制
对于水击过程的控制，其目的是避免管道超压（包 括超高压或超低压）；二是减轻管道运行参数的脉动， 维持管道的平稳运行。用于控制水击过程的装置和措施 很多，根据其作用原理可分为两类：
当水击波传播到水库或水池，水击波将发生反射，这种反射波是等值异号反
射，即入射的是增压波，反射将减压波，反之亦然。水击波传播到阀门处将产生 等值同号反射，即入射的是增（减）压波，反射的也是增（减）压波。由于摩擦 阻力的作用，水击波在管道内的传播将逐渐衰减，最后达到平衡状态。
水击波在阀门和水库之间往返一次所需的时间T
K
9 .1 6 1 0 8
a (K 1 1 E D )1 K E D )=1 + 2 9 ..0 1 7 6 1 1 0 0 8 9 7 0 7 3 . 0 3 1 9 0 2 - 2 2 1 -0 .3 2
=1013.25(m/s)
此速度为充满汽油的406.4 7.1的管道中，压力波的理论速度。
n
p pi aV0 i1 n
p pi aV0 i1
若
Ts 2L
则阀门处将不可能升到阀门突然关闭时10 那样高的水击压强
输油管道的水击分析
2L
直接水击——当Ts
时，阀门处的压强不受阀门关闭时间长短的影响
a
间接水击——当
Ts
2L a
或L
aTs 2
时，阀门处的压强与阀门关闭时间的长
短有关
工程设计中减小水击压强的措施：
➢合理选择参数，并尽可能延长阀门调节时间，以避免产生直接水 击。 ➢在管壁材料强度允许的条件下，应当选用直径较大，管壁较薄的水 管。
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输油管道的水击分析
水击计算基本公式
液体流速瞬时变化所引起的初始水击压力（直接水
击）：
P P C C(V 0V 0 V g) C 0V gC (V 0 V )
V0
V0 V0 V0 V0=0
B
t3Lt4L A 6
aL a
输油管道的水击分析
水击压强的计算（直接水击）
依动量定理可推得：
pa(V 0V) Hp gg a(V0V)
当阀门突然完全关闭时，V=0，则有
paV0
HpggaV0
例如某压力引水钢管内水击波传播的速度a=1000m/s，设流速由6 m/s减少