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管网类型和泵系统

虽然可能有无数管网布设拓扑,但可能性可以减少至以下关键特性:

  • 管网特性 — 给水系统通常包含多条主要输送管道(从泵站到水库、高架水箱或增压站)以及许多分支和回路,以将水配送到本地需水点。
  • 管道特性 — 这些特性包括管道长度 (L)、直径 (D)、粗糙度(Cf)、高程或纵断面(基于地形)、抽吸侧和接收水体的水位、流量 (Q)、节点的压力水头 (H) 和压力波速 (a)。
  • 压力波速 — 此特性的范围介于 340 米/秒(薄壁塑料管)到 1,438 米/秒(厚壁钢管)之间。压力波速还受到管道安装的岩石层理、锚栓和土壤条件影响。
  • 建模复杂性 — 过去,管网通常缩减至少数几条关键给水总管,并将系统的流量分布、管道纵断面和动能考虑在内。这通常可为这些干线提供保守性结果,但会忽视从干线传输到给水管网(或反向)的瞬时能量。Bentley HAMMER CONNECT 等现代化计算机模型可以模拟具有数千条管道以及数十或数百个边界条件的管网。

对于瞬时分析,泵系统可以分组如下:

  • 开放泵系统 — 开放给水系统包含上游水库、泵站和下游水库或高架水箱。瞬时压力波行程限制在单个系统以内,并且瞬时能量无法传输到另一个系统。借助有利的管道纵断面(例如上凹),不会出现非常多的气腔,并且水柱不会分离。最大压力很少会上升到比恒稳态压力水头高 50%。但是,不规则管道纵断面可能会导致严重的水柱分离和瞬时压力。蒸汽囊或气囊最终会由于从上游水库或水箱逆流而破裂。
  • 封闭系统 — 在封闭系统中,水泵为整个系统供水并保持足够的压力。系统中既没有水库,也没有立管。封闭系统通常为小型供水分区提供服务。封闭系统中使用的水泵通常具有平坦的水泵曲线,而从瞬时角度来说,平坦的水泵曲线并不理想,因为这样会出现快速的流量变化。在发生电力故障之后,水位下降可能会导致出现比开放系统更多的气腔,而水位上升所造成的影响相对较小。水泵启动时,预计会出现较高的瞬时压力,这一定程度上由更多气腔被困并保留在系统中导致,一定程度上由固有的快速流量加速导致。应始终释放困在局部高点的空气。
  • 增压系统 — 对于某些给水系统,水可能直接供应给增压泵站,而后者向位于其排放侧的另一个系统再供应水。通常不会在增压泵站的上游安装任何水库或吸水井;因此,增压泵系统其中一侧的水力性能可能会受到另一侧的瞬时条件的显著影响。从水力角度来说,应考虑电力故障的所有可能组合,包括:
    • 所有泵站都发生故障,而增压泵继续运行时。
    • 只有增压泵发生故障,而所有其他组件继续运行时。
    • 两个系统的所有泵站都发生全局电力故障。

    由于流量连续性,增压泵会在上游系统发生电力故障之后很快停止运行,并且出现的瞬变可能类似于两个泵站都发生电力故障。如果增压泵发生故障而上游水泵继续运行,则给水系统的某个部分可能会出现更糟糕的瞬变。