庄头泵站蝶阀关闭参数对停泵水锤的影响

为研究液控蝶阀的两阶段关闭时间、关闭角度对长距离供水工程水力过渡过程中各参数的影响,以山西省庄头泵站为依托,对泵站内一台机组在不同关闭时间、不同关闭角度下的停泵水锤进行数值模拟计算。结果表明:蝶阀两阶段关闭角度一定时,管路最大压力随着蝶阀第一阶段关闭时间的增大而增大,管路最小压力与水泵最小转速呈降低趋势,随着第二阶段关闭时间的增大,管路正负压变化呈现平缓、变化较大、平缓的趋势;蝶阀两阶段关闭时间一定时,压力管路的最大压力与蝶阀第一阶段关闭角度成反比,管路最小压力与水泵最小转速则在一定范围内随着蝶阀第一阶段关闭角度的增大逐渐增大,对以后两阶段液控蝶阀在长距离供水工程中的应用具有指导意义。     

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.     

立式混流泵站停泵两阶段关阀过渡过程分析

针对大型混流泵站案例结构特点,结合水泵全特性和阀门特性,基于特征线法,建立了泵站停泵过渡过程计算的数学模型.经计算,泵站事故停机(蝶阀、闸门均拒动),机组最大倒转转速达到额定转速的1.56倍,超出泵站设计规范对转轮反向转速的限制.然后,进行了泵站模型的飞逸特性试验,换算到原型后,计算结果与试验结果基本吻合.结合工程实例,建立了泵出口阀两阶段关闭程序的优化模型.模型以降低最大水锤压力为目标函数、快关角度与慢关时间为决策变量,并加以相应约束条件,对两阶段关阀进行初步寻优;确定目标函数极小值范围,然后缩小步长,进行进一步寻优.结果表明:当采取3 s快关88°,20 s慢关2°时,最大水锤压力头为31.4m,单泵最大倒泄流量为1.0 m~3/s.     

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。     

超驼峰工况下轴流泵事故停泵特性分析

针对带虹吸式出水流道的轴流泵站在超驼峰工况下的事故停泵问题,基于瞬变流理论建立其数学模型,以金口泵站为例分析快速闸门关闭速度、快速闸门预关开度以及静扬程等对事故停泵的影响。研究表明:超驼峰工况下停泵,随着关闸时间的增加,水泵最大水锤压力,倒流流量及倒转转速都逐渐增加;预关闸门的程度越大,水锤最大压力越小,最大倒流流量和最大倒转转速值也越小;静扬程越大,则水锤最大压力越大,最大倒流流量和最大倒转转速值也越大;采用"预关闸门70%,闸门按照120 s线性关闭"的方案可有效防止金口泵站超驼峰停泵时的水锤破坏。     

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。     

超驼峰工况下轴流泵站事故停泵防护方案寻优

针对带虹吸式出水流道的轴流泵站超驼峰工况下事故停泵防护问题,基于瞬变流基本理论,以闸门总关闭时间、闸门快关行程和快关时间为决策变量,以最大倒转转速、最大倒流流量、最大水锤压力和最小水锤压力为评估目标,建立多目标水锤防护措施优化模型,并采用混沌-粒子群算法进行求解.研究表明,相对于标准粒子群算法,混沌粒子群算法粒子多样性强、寻优能力高、算法稳定性好,有效提升了两阶段关闸水锤防护效果;多次寻优结果表明两阶段关闸中,第一阶段关闸速度和关闸角度对倒转转速、倒流流量等指标影响较大,而关闸规律和闸门流量系数对最大水锤压力影响较大;当泵站最大超驼峰水位小于2 m时,采用“14 s快关行程66%,104 s慢关行程34%”的策略可以有效防护事故停泵水锤.     

阀门类型对离心泵输水系统停泵特性影响研究

为探究不同出口阀门类型对离心泵输水系统停泵特性的影响，建立含离心泵、出口阀门和有压管道等部件的输水系统几何模型，采用三维CFD数值模拟方法结合动网格及滑移网格模型，探究停泵过程中不同类型阀门的动态关闭特性，获得了停泵参数的变化规律及内部流场的演化过程。结果表明：在相同阀门关闭规律控制下，配置蝶阀和球阀时的停泵参数变化规律相似，而配置闸阀时在关阀后半段出现明显差异，原因为闸阀在关阀后半段的截流能力相较于蝶阀与球阀更弱；缩短关阀时间使得流量与转速反向极值对应时间点后移，此时，配置不同类型阀门时流量与转速的反向极值差异明显增加。研究揭示了配置不同类型阀门输水系统停泵特性间的差异。     

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.     

泵站加压与重力自流联合供水工程的停泵水锤防护

针对某首部泵站加压与重力自流相结合的长距离、高落差输水工程,基于瞬变流计算中常用的特征线法建立了全系统水力过渡过程数学模型,模拟了系统停泵水锤全过程.为了解决水泵机组掉电后管道中出现的负压问题,提出了在泵后采用空气罐的防护方案,并对空气罐参数进行优化设计,确定了较优的空气罐体型;于管道最高点处设置高位水池,水池后的重力...     

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。     

供水管网气液两相流关阀水锤

为对管道内气液两相流时关阀水锤工况进行模拟研究, 对给水管网内部气液两相同流的流态进行简化后采用自编C++语言水锤分析软件,以安徽省六安市霍邱县经开区给水工程树状管网为例,先建立末端关阀水锤的水锤计算模型,再对不同组合的末端关阀水锤进行模拟和分析计算.计算结果表明气液两相同流时,若给水管道产生末端关阀水锤,则水锤波会向临近的主干管及其他连接的支干管扩散.管网末端阀门全关的极端不利工况时,相较于不含气,含气率为10%的工况导致的末端关阀水锤振幅更大;含气率为10%的极端不利工况时,相较于部分关阀,管网末端阀门同时全关所产生的关阀水锤振幅更大,其关阀水锤的升压超过4.5倍的稳态压力,因此末端关阀水锤对给水工程危害极大.“无频动消锤控流控位阀+箱式双向调压塔+普通排气阀+恒速缓冲排气阀”的水锤防护措施对末端关阀水锤预防效果优秀.     

球型调节阀关阀水锤效应的试验研究与数值计算

针对工业生产中球型调节阀快速关闭时产生水锤的现象,采用试验方法和数值计算分析关阀速度对水锤冲击波形的影响.研究结果表明,随着阀门关闭,阀前压力先增加后降低,阀后压力先降低后增加,二者几乎同时达到峰值和谷值,并都伴有一定强度的随时间推移快速衰减的压力波动.关阀水锤效应对阀前管路的冲击更强,并且阀前正压力与阀后负压力会产生合力,对阀体结构造成更大的水锤冲击力.关阀时间从3 s增加到5 s,可降低水锤冲击力,同时会改变水锤冲击波形.基于经典水锤方程和特征线法,建立一套快速分析关阀瞬态性能和水锤冲击效应的数值计算方法.自主开发计算软件,数值结果与试验数据基本吻合,能够较好地预测关阀动态过程和管道水锤现象,为相关工程应用提供技术支撑.     

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.     

压力波动预止阀关闭特性对泵站水锤的影响

为了获得压力波动预止阀在防护泵站水锤方面的水力性能,采用特征线法,通过构建水泵与压力波动预止阀的数学模型,以宁夏固原地区某高扬程泵站为例,详细分析了压力波动预止阀的5种关闭特性曲线对泵站水锤防护效果的影响.结果表明:压力波动预止阀在全开状态并选择针形阀曲线类型时达到最大外泄量;压力波动预止阀在关闭过程中,通过阀门流量的减少率接近于阀门开启面积的减少率.当压力波动预止阀选择为蝶阀类型的减速关闭曲线时,可使泵站出口压力波动最先达到稳定.同时,当压力波动预止阀的曲线类型由加速关闭曲线、常速关闭曲线至减速关闭曲线变化时,整个输水系统最高压力极值下降,而系统最低压力极值上升.因此,压力波动预止阀关闭特性选择为减速关闭曲线类型时,可防护的系统最高压力最小,最低压力最大,从而更有利于水锤防护.     

悬浮管道水锤压力与振摆特性试验研究

悬浮管道由于管道淤堵或者管道阀门启闭会在管道中产生水锤效应并导致管道产生振摆现象,水锤压力和振摆幅度会受到管流流速、管道阀门关闭时间和管道长度富余度的影响。为了研究上述因素影响,开展了悬浮管道物理模型试验,试验过程中监测了管道水锤强度和振摆幅度。试验结果表明:阀门关闭时间越短,管道流量越大,悬浮管道水锤压力和振摆幅度则越大;当阀门关闭时间过小和管道流量过大时,还会造成管道破裂;管道水锤压力会随着管道长度富余度的增长而增大,而摆动程度则在一定范围内会减小。     

基于管嘴出流规律的水击边界条件 数值模拟

为研究阀门关闭瞬间产生的水击压力,以管嘴出流规律来确定阀门断面的水头和流量的关系,并结合特征线方程,以水击实验台为模型,用MATLAB编程进行水击模拟计算.结果表明:阀端压力随阀门关闭先迅速上升,0.36 s达到最大值,之后压力又迅速下降;随着时间的增加,阀端压力不断重复上升到峰值然后又下降,但其最大压力都小于第1个峰值.将其与水击实验台的试验结果对比分析,验证了管嘴出流模型以及计算程序的准确性.故在简单的有压管道中,当管道末端为阀门时,可以按照管嘴出流规律来建立边界条件.在此基础上依次取阀门关闭时间为1.0,2.0,3.0,4.0,4.8 s,模拟了阀门关闭时间对最大水击压力的影响.结果显示,阀门关闭时间对水击压力有很大影响:关阀时间越长,产生的最大水击压力越小,但随着阀门关闭时间的延长,水击压力的减小幅度会越来越小.