长距离输水管道水力过渡分析及水锤防护措施研究

为避免停泵水锤对长距离输水管道系统造成破坏,有必要对水泵机组及其输水管道进行水力过渡分析,从而提出相应的防水锤措施。采用特征线法,对四川某水厂工程在事故停泵下引起的停泵水锤进行水力过渡计算,分别对无水锤防护措施、二阶段关阀与空气阀联合防护措施以及安装单向调压塔防护措施三种情况进行分析。结果发现:无水锤防护措施下,事故停泵将引起液柱分离再弥合和水泵倒转现象,其倒转速度超过相关规范要求;安装空气阀和改善泵出口阀门关闭规律不能使输水管道内最大水锤压力降低到合理范围之内;安装单向调压塔有效缓解液柱分离再弥合现象的发生,水锤压力在管道设计压力范围之内。     

长距离输水管线事故停泵水锤防护方法分析

在长距离输水管线中,尤以高扬程多起伏压力输水管道水锤防护难度最大,发生水锤事故最多。基于特征线法对实际长距离输水工程发生事故停泵后的水力过渡过程进行计算分析,分别对无防护措施、阀门关闭、空气阀、空气阀与调压塔组合作为管线水锤防护方法,模拟分析事故停泵管线水锤防护效果。结果表明,通过对液控蝶阀采取两阶段关闭规律,并将空气阀与调压塔联合使用,管线的正压与负压得到了很好的控制,机组的参数满足泵站设计规范,该文的研究成果期望对于类似工程的水锤防护具有参考价值和借鉴意义。     

长距离输水系统停泵水锤的数值模拟

运用瞬态水力学理论和特征线方法,结合某实际工程,对联合采用空气阀、泄压阀和二阶段缓闭蝶阀进行水锤防护的长距离有压输水管道系统的事故停泵水力过渡过程进行了计算和分析,得到管线沿程的水锤压力包络线和空化体积曲线,以及典型断面的压力时程线。计算结果表明,采用两阶段缓闭蝶阀、泄压阀和空气阀进行水锤安全防护是十分必要的,有利于抑制正水锤压力的继续升高和阻止负水锤压力的持续降低,防止断流弥合水锤的发生。但从计算结果看,管内仍存在局部空化现象,需要进一步优化空气阀的布置。     

长距离输水系统停泵水锤的数值模拟

运用瞬态水力学理论和特征线方法,结合某实际工程,对联合采用空气阀、泄压阀和二阶段缓闭蝶阀进行水锤防护的长距离有压输水管道系统的事故停泵水力过渡过程进行了计算和分析,得到管线沿程的水锤压力包络线和空化体积曲线,以及典型断面的压力时程线.计算结果表明,采用两阶段缓闭蝶阀、泄压阀和空气阀进行水锤安全防护是十分必要的,有利于抑制正水锤压力的继续升高和阻止负水锤压力的持续降低,防止断流弥合水锤的发生.但从计算结果看,管内仍存在局部空化现象,需要进一步优化空气阀的布置.     

密云水库调蓄工程有压输水管道事故停泵过程水锤模拟分析

长距离输水工程一般具有扬程较高、起伏严重的特点,再加上地形条件复杂,很容易产生较为严重的水锤现象,尤其是断流弥合水锤;基于密云水库调蓄工程中雁栖泵站至溪翁庄泵站段有压管道输水工程,结合计算机软件对事故停泵水锤进行了模拟计算分析,并检验了既有水锤防护措施的防护效果,分析结果表明,采用复合式进气排气阀和液控缓闭止回阀的组合方案可以实现对该工程管道系统水锤的有效防护。     

长距离泵输水系统两阶段关闭蝶阀合理关阀程序研究

两阶段关闭蝶阀是水锤防护的重要措施之一,为了研究如何合理的确定两阶段关闭蝶阀的关阀程序,应用水锤基本理论和特征线法,结合某实际工程,对长距离有压输水管道系统在八种不同运行工况下的停泵水锤过程进行了计算,分别得到1080组两阶段关闭蝶阀的关阀程序在八种工况下管线的最小水锤压力、泵出口最大压力、倒转转速和超过额定转速的时间。计算结果表明:全部水泵停泵并不是最不利工况;不同工况下,两阶段关闭蝶阀的最优关阀程序不同,两阶段关闭蝶阀关阀程序的可行域不同且差异较大。通过对计算结果的对比分析,提出两阶段关闭蝶阀关阀程序合理的确定方法,该方法对同类工程在确定关阀程序时具有参考意义。     

长管道输水系统停泵水力过渡过程分析与防护

阐述了长管道输水系统停泵水力过渡过程的特点,结合工程实例,建立了泵出口阀关闭程序的优化模型,并采用遗传算法对模型进行了求解.应用特征线法对事故停泵后的水力过渡过程进行了计算分析,对空气阀和单向调压塔的防护效果进行了数值模拟和比较,提出了相应的水锤防护措施.     

泵后管线先降后升的长距离输水系统水锤防护

针对泵后管线先降后升的长距离大流量输水系统,当水泵发生抽水断电时泵后管线高点处易出现负压的特点,提出了一种调压塔联合末端调流阀的停泵水锤防护方案,并基于瞬变流计算的特征线法建立了全系统水力过渡过程的数学模型,模拟了系统停泵水锤全过程.结合某实际输水工程,探究常规调压塔防护方案的调压塔最小面积,给出泵后设调压塔结合末端调流阀联动关闭的水锤防护方案的参数选取原则,对比常规调压塔防护方案与泵后设调压塔结合末端调流阀联动关闭的水锤防护方案对停泵水锤的影响.计算结果表明,常规调压塔防护方案调压塔面积达到1 100 m²,投资成本巨大;调压塔结合末端调流阀联动关闭的防护方案末端调流阀关闭过快会引起管道正压过大,关闭过慢会导致管道水流回流能力不足,选取合适的末端调流阀关闭时间,在满足系统水锤防护标准的前提下,可以有效地减小调压塔面积.     

长距离输水工程停泵水锤的空气罐与气阀防护比较研究

针对寒冷地区长距离输水管道户外设置水锤防护措施困难的特点,提出了空气罐方法的水锤防护措施,阐述了空气罐的工作原理,推导了空气罐和空气阀的边界条件的数学模型,并结合北方某工程实例,应用特征线法对采用空气阀和空气罐两种不同措施的防护效果进行数值模拟和比较分析,并且计算出管道出现汽化时气体体积变化。结果表明空气罐能有效消除空化体积抑制事故停泵后管道内剧烈的压力波动,是一种有效的水锤防护措施。     

双泵给水系统水锤敏感度分析

建立双泵并联给水系统,对本给水系统水锤过程进行了数值模拟以及定量分析,重点进行双泵给水系统水锤作用敏感度分析。结果表明:初始流量对水锤作用效果影响明显,随着初始流量增大,输水管道后压差波动明显增强;离心泵转动惯量增加,停泵水锤作用效果将减弱;输水流量不变情况下,输水管道管径增加将缓解水锤压力;另外,改变调节阀关闭方式也将对水锤效果产生明显影响。     

空气罐与超压泄压阀联合水锤防护特性

提出了一种空气罐与超压泄压阀联合设置的停泵水锤防护方案,并基于瞬变流计算的特征线法建立了空气罐、液控蝶阀、超压泄压阀等边界条件的数学模型,模拟了停泵工况下系统的压力变化过程.结合工程实例,对比分析了空气罐单独防护、空气罐与两阶段关闭泵后液控蝶阀联合防护以及空气罐与超压泄压阀联合防护对停泵水锤的影响.在空气罐体型一定时,对超压泄压阀的启闭规律进行了敏感性分析.计算结果表明,空气罐与两阶段关闭泵后液控蝶阀联合防护方案对输水系统正负水锤防护均不利;而空气罐与超压泄压阀联合防护方案对输水系统正负水锤均有较好的防护效果,与空气罐单独防护方案相比,泵后高压管段最高压应力由1.343 MPa降至1.087 MPa,在满足承压标准1.2 MPa的基础上安全裕度提高了9.4%,空气罐体型也由200 m³缩减至160 m³.超压泄压阀应在5 s内开启至全开度,且开启后持续时间应接近1个相长.     

空气罐及空气阀联合水锤防护的应用

【目的】探讨空气罐及空气阀联合水锤防护在长距离高扬程供水工程中的应用效果。【方法】本文结合某供水工程,建立了空气罐节点控制条件,空气阀边界条件,基于特征线法通过长距离输水工程水锤仿真计算软件HysimCity建立泵站以及泵后管道段的计算模型,进行了多种工况下水力过渡过程仿真计算,对比分析了无防护措施、有空气罐及空气阀联合防护对停泵水锤的影响,并进行了空气罐参数等的优选。【结果】采用空气罐和空气阀联合防护,对控制工况,水泵断电后,泵后压力始终大于0 m,空气罐最低水位超出空气罐底高程满足不低于1 m的要求;泵站1—泵站2管道沿程压力满足不低于-5 m,不超过200 m的要求。【结论】空气罐及空气阀联合防护对抑制正负水锤的影响是有利的,且联合防护效果良好。     

重力有压输水系统水锤及其防护研

对重力有压输水系统的水锤特点进行了分析,指出末端关阀水锤是影响系统安全运行的主要问题。根据水锤基本理论,结合工程实例,对重力有压输水系统的末端关阀水锤进行了计算分析。在介绍减压恒压阀工作原理的基础上,进行了减压恒压阀水锤防护效果的预测,并对其影响因素进行了分析。最后,针对工程特点,提出了相应的水锤防护措施。     

不同关阀规律与出水口形式对管路水锤的影响

为了研究事故工况下管线末端阀门不同关闭方式对管线末端水锤及整体水锤压力的影响,针对长距离有压输水管道建模计算存在管线简单、求解信息种类少、数据量大的特点,采用特征线法对山东莱城发电厂供水管路水力瞬态过程进行了模拟,分析了不同关阀规律对管道末端水锤的影响.结果表明,出口阀门的关闭规律对末端水锤的影响很大,由于受阀门自身限制,出口阀门按最优关闭规律关闭时仍会产生较大末端水锤,需要使用其他防护措施消除或降低末端水锤.提出并验证了一种可以有效降低末端水锤的新型管路出水口,通过对比验证发现,使用新型出水口后管线的最大内水压力由128 MPa下降至70 MPa,可以有效降低水锤压力峰值,防止由于出口阀门故障或失电而产生的管道事故,进而提高输水管道的安全稳定性,且改造成本较低.研究结果可为管道的末端水锤防护提供新的思路.     

改进型旁通管关键参数选择与瞬变压力控制

为了消除或减小水锤压力对泵输水系统的影响,提出了一种新的水锤防护设备——改进型旁通管,并对其瞬变控制效果进行数值模拟研究,研究结果表明:当水泵事故停泵后,泵后止回阀快速关闭防止水流倒流,同时改进型旁通管按照预设的启闭程序动作,可以达到泄放系统高压消除水锤的目的.文中以特征线方法为基础对改进型旁通管边界条件数学模型进行完善.其次以完善后的边界条件数学模型为基础,对某泵站输水系统事故停泵的水力过渡过程进行数值模拟计算.最后通过6个方案对影响改进型旁通管控制瞬变压力效果的关键参数(改进型旁通管的直径d,长度l和改进型旁通管中液控阀的启闭时间t1,t2,t3,t4)进行敏感性分析研究.研究结果表明:选择合适参数的改进型旁通管能够将输水系统中的瞬变压力控制在合理范围.     

长距离重力流输水系统水锤防护措施研究

针对长距离重力流输水系统中水锤防护问题,依据水锤计算的基本原理,建立水锤计算模型、出口阀门边界条件以及超压泄压阀边界条件,通过数值模拟计算,提供了该典型输水条件下的水锤防护思路。研究以某供水工程重力流部分为例,采用计算机模拟仿真,模拟了线性关阀、两阶段关阀以及联合超压泄压阀多种防护措施。结果显示通过优化关阀规律以及设置超压泄压阀能使工程安全运行。其结果以期为工程的水锤防护提供理论支撑。     

长距离重力输水管路水锤特性及其防护措施

进行水锤特性分析和采取合理的水锤防护措施，对于保证输水工程的安全可靠性和降低管路工程造价具有重要意义。结合工程实例阐述了长距离重力输水工程管路中关阀水锤特征，探讨了多功能井和手动泄压阀的功能原理及有关参数确定方法，建立了多功能井和泄压阀的边界条件数学模型，并对各种工况下的关开阀程序进行了优化计算。通过大量计算分析，结果表明多功能井和泄压阀可以有效地控制管路水锤。     

事故停泵水锤对压力管道的影响

介绍了大战场泵站的基本情况，对该泵站由于事故停泵水锤造成压力管道破坏的现场进行了调查．基于水锤理论并运用水锤特征线法，建立了事故停泵水锤计算的数学模型，模拟了事故停泵水力过渡过程中的水泵参数及压力变化过程，绘制了该泵站事故停泵的最大、最小水头包络线．通过计算结果及对泵站压力管道破坏情况的分析，得出此次管道破裂是由于事故停泵产生过高水锤压力，沿管线多处出现负压，管道存在质量问题等原因造成．提出的解决方法是更换破坏的管道，同时在管道凸起（3^#镇墩）K0＋075处及（6^#镇墩）K0＋201处设进排气补气阀，防止事故停泵时管道产生过大的负压．     

城市深层隧洞输水系统水力过渡过程特性分析

【目的】研究城市深层隧洞输水系统的水力过渡过程特性。【方法】以西丽水库至南山水厂原水管工程实例为研究对象,利用Bentley hammer软件建立输水系统模型;分析启泵间隔时间对输水系统稳定性的影响,并进一步分析典型工况下管道糙率对输水系统稳定性的影响;探究增设3#竖井为调压井对输水系统稳定性的影响。【结果】当启泵间隔时间大于240 s时,2#竖井最低瞬态水位趋于稳定;管道糙率越大,启泵工况下最低瞬态水位越低,事故停泵工况下涌浪水位的超调量越大;增设3#竖井作为调压井对输水系统水锤压力极值影响不大。【结论】启泵间隔时间大于240 s时,启泵间隔时间对输水系统稳定性几乎没有影响;管道糙率越大,典型工况下系统稳定性越差;增设3#竖井作为调压井后需投入大量维护成本,且对输水系统水锤压力极值影响不大,故不建议设置为调压井。     

山丘区自压输水管道水锤计算与模拟方法

为了准确预测和防护山丘区自压输水管道的水锤破坏,提高管道输水的安全性和可靠性,针对山丘区自压输水管道落差大、距离长和地势起伏的特点,提出将输水管道划分为弯曲段和带倾斜角度的直管段,利用极限思想将弯曲管段基于切线的曲线拟合矢量化方法,拟合为沿管道中心线具有相同过流断面的多段等效短管;采用拟合等效短管和倾斜直管相结合的方法进行水锤计算,建立了自压输水管道的数值计算模型.以陕西省千阳县一自压管道输水工程为例进行了验证分析,通过模拟管道末端阀门不同关阀时间的水锤压力变化规律,得出最优关阀时间为50 s≤T≤120 s,提出了相应的水锤防护方案.结果表明该方法的计算和模拟精度高,可为山丘区长距离自压管道输水工程建设与管理提供参考.