减压池设计

2025-03-25 20:56:35

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回答1：

自压喷灌减压池有效容积的确定

为了调节减压池的进出水量，在减压池前装一电动阀，可随时根据喷灌区的用水情况自动调节其开关过程，进而达到控制减压池容积的目的。而自动阀的开启和关闭过程，由设置在减压池中上下限水位上的液控系统来实现。
　　减压池容积与减压池的进出量大小、喷头工作制度、调节阀的开启和关闭时间有关，它应根据喷灌区的喷头工作制度按最不利情况确定。在减压控制的灌区突然停喷而断水时，减压池的供水过程不会马上终止，减压池中水位会迅速回升，当到达限制水位时，液位自动控制系统发出信号让电动调节阀执行关闭的动作。由于电动调节阀关闭过程需一定时间，因此池中水位还要继续上升，直至电动调节阀完全关闭为止。而在喷头重新工作时，又会出现以上相反的过程。在减压池各工作状态下，喷灌区内各轮灌组交替工作更换喷头所需时间中，减压池的容积必须满足当更换喷头时，喷灌区水量突然变小或关闭而上游继续来水所容纳的那部分水体体积。

1　减压池容积求解思路与方法

　　在自压喷灌减压池前装置电动调节阀，靠喷灌区用水信息反馈于电动闸阀而实现其来水控制。从最不利条件看，当用水由大变小或由小变大，电动阀就会实施开关或关开两个过程。随着电动阀阀位变化，其流量与管道压力也随之变化，流量与压力之间的相互协调，彼此影响决定了减压池进水容积，如图1所示。现分别以管道压力H与流量Q为传递变量进行分析。

　

图1　自压喷灌减压池示意图

1.1　以管道压力H为传递变量

1) 求解思路。要求减压池的有效使用容积V有效，通过工况分析可知，必须通过分析电动调节阀的开启(或关闭)过程方能求得。当阀门逐渐打开，在t1时，开度为e1，阀前压力为H1，流量为Q1；在t2时，开度为e2，流量为Q2。由于Q2＞Q1，阀前输水管道损失水头加大，故阀前压力降为H2。在Δt=t2-t1时段内，过阀流量和阀前压力互为影响。 Δt时段的水量V=Q′Δt，而Q′又与H′有关，为简化计算，可取H′=(H1+H2)／2， Δt越小，所求Q′越接近实际。
　　 2) 通过实验建立关系(以ZAP-40Z为例)。① 相对开度与时间表示为 e1=1-t/T； ② 相对流量与相对开度表示为 Q2/Qmax=A(e1/emax)B； ③ 最大流量与压力表示为 Qmax=KHac+K1。其中， ①、 ②项由电动调节阀生产厂家直接给定，不同种类的阀门其关系也不同； A、B、K、K1、T、a均为系数， A、B、t由厂家给定， K1、 K、 a由试验求得。 ZAP-40Z电动阀的K=0.852,K1=-3.56, a=1.1。计算框图如图2所示。　

1.2　以流量Q为传递变量

图2　比管道压力H为传递变量的计算框图

由于开度的变化，在某个瞬时电动调节阀前与阀后流量不相等，主要反映在压力变化上。然而，在开度的区间选择很小时，阀前与阀后流量就近似相等。以流量Q为传递变量的方法，就是设想通过电动调节阀生产厂家直接给定的相对流量与相对开度的关系，以及测定的阻力系数与开度的关系，当在某个相对开度时，求得阀后流量并令其与阀前流量相等，借助阀前与阀后水流动能之间的联系，将不同开度下的流量关系描述出来。即

Hf1=L1f(QⅠ+QⅡ+QⅢ)m/Db
Hs1=H1+L1f(QⅠ+QⅡ+QⅢ)m/Db
H1=Hs1-L1f(QⅠ+QⅡ+QⅢ)m/Db
阀前流量 Q1=QⅠ+QⅡ+QⅢ=〔(IL-H1)Db／fL1〕1／m

阀后流量Q2由电动调节阀的流量特性来确定

Q2/Qmax=A(e/emax)B
Q2=QmaxA(e/emax)B

图3　经波量Q为传递变量的计算框图

　　过阀的阀前与阀后流量不相等，因阀后比阀前多一项水头损失，但在时间很短时，开度变化与流量变化均较小，为简化计算令其相等。于是有

AQmax(e/emax)B=〔(IL-H′1)Db／fL1〕1／m

式中， H′1为阀前压力动能修正值； QⅠ、 QⅡ、 QⅢ分别为喷灌Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区设计流量。

1) 建立试验关系。 ① 相对流量与相对开度为 Q/Qmax=A(e/emax)B； ② 相对开度与时间为 e/emax=1-t/T； ③ 阻力系数与相对开度为 ξ=c1(e/emax)c2。其中， ①、②项由厂家直接给出; 第③项由试验测定; c1、 c2均为系数。 ZAP-40Z电动阀的c1=8.62， c2=-1.22。
2) 动势能的转换。电动调节阀的压力为H1，阀后管道与减压池相连且为自由出流，因此H2=0。在电动调节阀逐渐打开时，由于管道流量增大， Hf=LfQm2/Db加大，使H1逐渐降低。阀后能量包括过阀阻力与动能V2/2g两项，其关系可表示为：

　　计算框图如图3所示。

2　减压池容积计算方法对比分析

　　前面分别以管道压力H(方法①)、流量Q(方法②)为传递变量，讨论了减压池容积计算的基本思路和求解方法，下面将这两种方法进行对比分析。
　　方法①中压力H为变量，通过电动调节阀给定关系和有关试验资料，以压力求流量，再以流量反求压力，取定压力与变动后压力的均值对应再求流量，最后以压力H传递到下一步。对于不同种类和不同尺寸的电动闸阀，其试验关系也不尽相同，主要表现在相对流量与相对开度，以及不同开度压力流量的关系上，当这些关系确定以后，减压池的有效容积就可确定出来。当然每一种方法在应用上，都必须以管道布置、地形及原始工程设计为基础，而方法的求解主要是针对电动调节阀本身而言的。
　　方法②直接建立以流量Q为传递变量，在压力变化的情况下，同一压力阀与阀后流量也会出现暂态不等的情况，而令其阀后等于阀前流量再反算阀前压力，对每一处理(即某一开度)之间仍然是以压力H进行传递。由于假定流量相等，因此传递一次进行不需反复。两种方法从不同角度实施了电动阀在开启过程中压力影响流量，而流量反作用于压力这两个阶段，方法②简单直观，思路来自于动势能的相互转换。
　　以上两种方法在实际中都是可行的。由于在实际应用中，当电动调节阀开启时管道压力会以某一种规律变化，对于不同型号、不同尺寸的电动调节阀，因其内部结构不同，其参数也不一样，有些参数需要根据工程运用条件测定。在计算中需要反复协调计算，计算工作量大，可用电算进行。
　　从以上两种方法建模的思路上看，方法②优于方法①主要在于： (1) 从建立模式的出发点来看，它直接以流量Q作为变量。电动阀的变化往往在一瞬间完成，过阀后的流量本身包含了阀门的阻力及阀前压力对它的影响。根据水流连续原理，对于某个瞬时开度来说，阀前流量与阀后流量可以认为近似相等，即Q前≈Q后(也即Q1=Q2)。而方法①以压力H变化来影响Q，间接地采用连续原理，使问题复杂化，而对于瞬变阀位同样也没有必要。从以上两种方法经历的过程来看，方法①求解过程是t-e-H-Q, 而方法②求解过程则以t-e-Q-H，但总的目标是求压力变化过程下t～Q的关系，为计算减压池有效容积提供依据。 (2) 从通用性讲后者也优于前者，当然对于不同特性的电动调节阀其特性由厂家直接给出。产品样本给定的关系一般只有相对量与相对开度之间的关系，而相同结构不同尺寸的电动调节阀只要测定其开度与阻力系数的关系曲线就可以了，流量与开度之间的关系也可推求出来。方法①需有不同开度时压力和流量的关系，试验工程量大。相对而言，方法②对不同结构的电动调节阀具有通用性和普遍性。
　　按照所编程序，将原工程的基本资料，包括管道I、L、D、H，管材系数m、f、b,电动调节阀特性系数A、B、C1、C2、T一并输入，便可得到Q～t关系曲线；并伴随电动调节阀相对开度的变化，输出管道压力变化的过程，即t-e-Q-H求解过程，由Q与t的关系曲线积分就可求得减压池的有效容积。

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