稳压塔作用与溢流水量分析计算探究

李云鹏

(辽宁润中供水有限责任公司， 辽宁 沈阳　110166)



稳压塔作用与溢流水量分析计算探究

李云鹏

(辽宁润中供水有限责任公司， 辽宁 沈阳110166)

本文阐述了稳压塔的结构型式，以及其在配水站供水管路运行过程中所起到的作用。结合配水站实际运行情况，通过多种科学合理的计算方法，确定权系数，采用加权平均法得出稳压塔溢流水量。有效控制了溢流水量，节约了运行成本，对其他供水工程运行管理有一定借鉴作用。

稳压塔； 溢流； 水量； 计算

1　引　言

供水管路在长期运行过程中，会经常出现压力大范围波动，压力升高过高或降低过低，都会造成严重的后果，在供水线路中增加稳压塔，能有效控制管路压力异常波动。本文结合配水站客观情况，分析得出溢流量的计算方法，能够准确地控制溢流水量，节约供水系统的运营成本，确保供水系统安全稳定。

2　稳压塔的工艺结构型式

稳压塔按照管体形状可分为倒U型、直立型两种。另外，再按照稳压塔所起的作用可分为双向稳压塔、单向稳压塔两种。倒U型稳压塔一般为双向稳压塔，直立型稳压塔为单向稳压塔。双向稳压塔既能向管路内部补充水体，又能将多余的水体溢流出供水管路。单向稳压塔只能单向向管路内补充水体，无法将水体溢流出供水管路。

倒U型稳压塔外形如字母U，倒立过来一端与管路连接，另一端与排水河道相连。直立型稳压塔外形如字母I,只有一端与管路连接。二者稳压塔的高度取决于供水管路运行工作压力，工作压力越高，稳压塔必须增加相应的高度来适应较高的工作压力，但会造成稳压塔高度过高，增加施工工艺难度与维护措施费用，还有可能形成新的运行安全隐患。稳压塔的工艺结构型式应与供水管路的保障要求充分结合。

3　稳压塔在配水站系统中的作用

a.供水管路上的调流阀开关动作时，稳压塔可有效降低静水压线，保证管线压力在工作压力之内。稳压塔的高度按照设计与安全标准要求，确定相应高度，满足管路安全的工作压力范围。

b.干支线阀门(泵)动作时，有效平定上下游管路或隧洞压力。任意干支线阀门(泵)动作时，都会产生小范围的压力波动，稳压塔可以有效控制这一波动，当管路中出现压力过高时，通过稳压塔将过高的压力即多余水体泄排出管路，当管路中出现压力过低时，通过稳压塔将过低的压力即减少的水体，由预留水体补充，补入管路内。稳压塔可以迅速平定有害的压力波动。

c.将密闭长供水管路分割成若干个水力控制单元，尽管中间无任何调蓄工程，但压力控制的空间单元相对独立。供水管路一般是长距离大范围的调水工程，管路干支线阀门众多，阀门开度操作异常频繁，会经常造成互相影响与干扰出现。稳压塔将供水管路分割成若干个水力控制单元，减小了互相之间的干扰，提升了输水管线的运行稳定性与安全性。

d.各个配水站管辖范围内，从抚顺至鞍山前1号至5号稳压塔为双向稳压塔。鞍山加压站前6号稳压塔，既可以平压，又可以防止串联加压启泵时出现水流拉空现象，保证了串联加压的富余度。当鞍山加压泵站突然停泵时，营口、盘锦支线将产生负压，为防止管道产生负压和断流弥合水锤破坏，在营盘配水站盘锦分支和营口分支方向设置了两座单向稳压塔补水。

4　稳压塔溢流水量分析计算

4.1干线流量计与支线流量计之差为溢流水量

根据各水厂需水要求，按照一定的压力与流量，综合考虑水库取水高程范围与水库实际水位高程，计算进水口闸门开度。进口闸门开启操作动作之前，供水管路应已冲水完毕，使其达到满管水量。进水闸门开启后，水库的原水通过管路向下游重力流淌，与此同时在干线管路的调流阀门控制开启开度，满足流量与压力平稳，不出现较大范围内的波动。当取水头部干线调流阀开始操作后，等候3min左右，误差不能大于10s，再开启下游支线调流阀。工程已在干线与支线管路上安装了测量供水量的流量计，可以通过流量计得出供水水量。由于供水管路是承压密封管路，进入管路内的水量可以假定总量不变，通过汇总计算可以得出某一时段的干线累计总流量(S总)，扣除下游干线的累计流量(S下总)与支线的累计流量(S支总)，剩余部分的水量即为某一时段的溢流水量(YLS1)。

4.2调节池内水量增加量为溢流水量

为了满足供水管路工艺设计、安全运行以及配水站稳压塔高程需要，只能将稳压塔建在当前地理位置上，不可以更改。配水站所在位置没有大型的泄流通道，只有小型的灌溉水渠，如果直接将溢流水排放到灌渠，会将灌渠及土地冲毁，造成严重的生态破坏，必须采取措施加以保护，所以增设调节池，通过水泵抽排进入灌渠河道。调节池长110m,宽50m,深8m,可以极限承载4.4万m3的水体。在调节池顶部立杆安装视频监控，并在其侧壁部位布设水位高程尺及自动水深测试仪，当稳压塔出现溢流时，通过视频系统可以发现溢流发生的强度与溢流持续时间，判断出调节池承载能力是否满足溢流强度。首先在溢流前将原水位高程记录明确，检查视频监控系统与自动水深测试仪运行是否正常，其次在某一时段内发生溢流时，密切关注溢流水量的强度大小，当溢流结束后，计算溢流水量。人员现场目测水位高程尺并读取自动水深测试仪的高程数，将高程数值进行记录，取二者平均值为水深高程读数以进行下一步计算。最后，将调节池的长度、宽度及水深高程读数进行乘积计算，得到稳压塔在某一时段的溢流数量YLS2。

式中YLS2——稳压塔在某一时段的溢流数量，m3；

L——调节池的长度，m；

W——调节池的宽度，m；

MS——目测调节池的水深，m；

ZS——动水深测试仪的水深读数，m。

4.3供水管线断面图计算溢流水量

首先，在稳压塔选择合适部位安装压力传感器，便于日常观测读数与维护保养，压力传感器安装高程为66.20m。经过多次实际详尽的统计，结合设计给出的溢流高程，确定配水站的稳压塔溢流水位高程为99.00m。将压力传感器的读数与水头压力进行转换，经过大量试验，得出压力传感器的读数为1bar，相当于10m水头压力，当稳压塔溢流时，水位必须超过溢流水位 99m，此时压力传感器读数应超过3.28bar。将压力传感器的读数h1与3.28bar取差值，得出溢流水深H1。另外稳压塔溢流时，通过视频监控参照水位高程尺可以目测出溢流水深H2,取H1、H2二者均值为稳压塔溢流水深。

其次，通过自动化运行监控，软件系统24h实时监控管路压力变化与干支线流量数据，通过CONTROLNET网络进行互通，压力传感器读数通过硬接线方式将压力的数值传送到LCU机柜内，再通过MODBUS总线传给二楼机房CCU机柜，在操作员工作站电脑上显示管路各项重点监控部位的数值。通过这一系统，查看溢流压力与时间曲线，可以在标准状态1m/s流速下分析确定稳压塔溢流持续时间S。最后，根据稳压塔溢流管路的断面图，计算得出某一时段的溢流水量YLS3。详见稳压塔溢流水量断面图。

式中YLS3——稳压塔在某一时段的溢流量，m3；

R——稳压塔管体半径，m；

α——稳压塔溢流水面对应的角度，°；

L——稳压塔溢流水面宽度，m；

H——稳压塔溢流水面深度，H=(H1+H2)/2，m；

S——标准状态下1m/s流速时溢流持续时间，s。

稳压塔溢流水量断面图

通过先期计算与实际情况分析得出三者的加权系数，分别为0.2、0.5、0.3,将三者加权平均计算得出最终的稳压塔溢流水量YLS。

5　结　语

全面详尽地认清稳压塔的结构与工艺，才能充分发挥出其在控制管线压力波动上的积极作用。合理优化控制稳压塔溢流水量，减少水泵抽排时间，节约运营及维护费用。另外，减少溢流水量即增加了管路供水量，赢得了经济效益。能够合理分析计算出溢流水量，对管路运行安全提供了有利保障。

[1]李爱华.大伙房水库输水(二期)工程水力过渡过程分析[J].东北水利水电,2011(3).

[2]周庆春.双管式溢流稳压塔技术研究及应用[J].水利技术监督,2014(3).

[3]曲兴辉.U型管结构双向水力调压塔模型试验及应用探讨[J].给水排水,2014(12).

Exploration on analysis and calculation of voltage regulating tower function and overflow water capacity

LI Yunpeng

(LiaoningRunzhongWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenyang110166,China)

In the paper, the structure forms functions of voltage regulating tower in water distribution station water supply pipeline operation process are discussed. Actual operation condition of water distribution station is combined. Weight coefficient is determined and weighted average method is used to obtain overflow water capacity of voltage regulating tower through various scientific and reasonable calculation methods. Overflow water capacity is effectively controlled, operation cost is saved, and it has certain reference role to the operation management of other water supply projects.

voltage regulating tower; overflow; water capacity; calculation

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.011

TV131.4

A

1005-4774(2016)10- 0040- 03