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。     

山丘区自压输水管道水锤防护措施研究

【目的】避免山丘区自压输水管道因水锤而遭受破坏,保障管道的安全运行。【方法】针对山丘区地势起伏的自压输水管道中水锤现象正负压较大的特点,以陕西省千阳县一自压输水管道工程为例,依据水锤基本计算理论,采用倾斜直管和拟合等效短直管相结合的数值模拟方法,分别模拟各个驼峰断面设置进排气阀和末端控制阀门断面前设置超压泄压阀的防护效果,对计算模拟结果进行分析,确定水锤防护措施及具体位置。【结果】在无水锤防护措施的情况下,管道末端控制阀门快速关闭时管道内沿管线产生明显负压,最大负压水头达到-20.06 m,管道末端控制阀门断面处正压最大,正压水头达到87.58 m;合理设置水锤防护措施后,管线全程无负压,全程正压最大水头为70.88 m,未超过管道允许的最大压力。【结论】对于山丘区自压输水管道,采用进排气阀和超压泄压阀联合防护水锤的方法,可以有效缓解水锤现象的发生,保证管道内的压力在设计压力允许范围内。     

空气阀在有压输水管路中的水锤防护作用

以输水管径为2.2 m的某长距离泵站输水系统作为研究对象,运用水锤理论及特征线方法,对泵站输水系统进行泵机组事故断电工况下的过渡过程计算,发现管路节点上存在较大负压,其中最大负压水头为-5.9 m.在管线上布置空气阀对负压进行控制,根据工程上空气阀的布置原则,在管线上安装18个空气阀,分别计算在空气阀流入流量系数依次为0.95,0.75和0.62,流出流量系数依次为0.65,0.45和0.62,以及孔口面积分别为0.018,0.071和0.196 m2下的水力过渡过程,得出在管线上安装空气阀的情况下,最大负压水头已控制在-1 m以内,比较分析空气阀的流入流出流量系数、孔口面积对水锤防护的差异,得出在3种空气阀流量系数下最大负压水头依次为-0.69,-0.70和0.71 m;3种孔口面积下最大负压水头依次为-0.88,-0.69和-0.67 m.对于输水管径为2.2 m的泵站输水系统,采用空气阀流入流量系数为0.95、流出流量系数为0.65,空气阀孔口面积为0.196 m2时,可对管路中的负压进行很好的控制.     

长距离有压管道输水系统过渡特性研究

针对已运行的调蓄工程中大流量、长距离有压泵站输水管道在瞬变过程中阀门两段关闭的响应特性进行数值实验。选定管路中特征断面的最大、最小压力值,水泵流量倒流最大值和转速倒转最大值及持续时间作为观测指标,分别考虑阀门两段关闭时间和快关阀门角度变化,研究了观测指标的变化规律,得出最大负压主要由快关时间决定,而最大压力上升由慢关时间确定,并根据控制参数的特性可确定两阶段关阀控制"可行域"。研究结论可为泵站输水工程确定瞬变最优阀门控制规律提供指导。     

一种防止水击的新型阀门

<正> 在长距离管道输水系统中,由于各种原因而引起的管网水击,一直是一个令人头痛的问题。为了有效地防止水击现象的产生,保护管道系统安全运行,国内外同行经过长期研究,摸索出一些防护措施。比如在管网进口装上调压罐、在管道高处设置进排气阀等。最近,日本学者又开发出一种可防止因惯性水流引发水击的定压开启阀,见原理图。     

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。     

基于多目标粒子群算法的停泵水锤防护优化

为使泵站系统安全可靠运行的同时降低工程投资,采用多目标粒子群算法对停泵水锤防护进行优化计算,以单向调压塔的直径、初始液位、泵出口阀门的关闭规律为设计变量,目标是控制单向调压塔的体积以及系统的最大压力和最小压力,结合工程要求及规范确定了设计变量的范围和约束,通过迭代计算确定了最优的单向调压塔设计尺寸和阀门关闭规律。结果表明:优化后调压塔有效体积减小44.1%,最大水锤压力相比事故停泵减小168.5 m,该算法能够有效地应用于水锤防护的多目标优化问题中,得到了可靠且经济的防护方案。     

T形三通管计算模型对尾水进口压力和调压室涌浪的影响

针对含尾水调压室的抽水蓄能电站,以特征线法和瞬变流理论为理论基础,在考虑尾水调压室长连接管水体惯性作用及管壁弹性的基础上,在T形三通管节点处分别建立了基于恒定局部水头损失系数、Gardel公式、试验资料的3种计算模型.结合工程实例,应用T形三通管节点处的3种计算模型对水电站的过渡过程进行了数值模拟;采用Gardel公式和试验资料,计算了过渡过程中不同时刻点的局部水头损失系数,研究了不同计算模型对尾水进口压力水头和涌浪水位的影响.结果表明:基于恒定局部水头损失系数的计算模型其阻抗作用最小,对应的尾水进口最小压力和最高涌浪最大;基于试验资料的计算模型其阻抗作用最大,对应的尾水进口最小压力和最高涌浪最小;基于Gardel公式的计算模型次之.     

基于分时电价的梯级泵站输水系统日优化运行

为了提高梯级泵站输水系统日运行效益,通过分析梯级泵站输水系统,提出了梯级泵站输水系统整体运行效率的定义及表达式,分析了梯级泵站输水系统日运行费用的影响因素及优化机制.在此基础上,以日运行费用最小为目标,考虑分时电价,日输水总量,泵站进、出水池水位等约束条件,以时段流量分配、级间水位等因素为决策变量,建立了梯级泵站输水系统日运行费用优化模型、梯级泵站输水系统运行效率优化模型和单级泵站运行效率优化模型,采用基于区间离散的动态规划法进行求解,进而确定梯级泵站输水系统日优化运行方案,包括各时段内梯级间水力(水位、流量)方案和各泵站内运行方案.将该优化方法应用于南水北调东线韩庄运河段梯级泵站工程,结果表明节约费用效果较为显著.     

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。     

空气罐对输水管道水锤的防护研究

针对管道输水系统中的水锤现象，建立空气罐防水锤的数学模型，对有无空气罐两种情况，结合实例进行数值模拟计算，分析了空气罐初始体积，空气罐中气体状态变化指数等参数对管道瞬态压力变化的影响。结果表明，合理地使用空气罐可以有效地减轻水锤的破坏。     

灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程仿真分析

我国较多的中小水电站都采用了灯泡贯流式机组的型式，这类机组具有水流惯性时间常数大、机组惯性时间常数小以及导桨叶双调节的特点，甩负荷过程中导桨叶处于非协联状态，特性更复杂，控制难度更大。特别是对于很多中小水电机组，汛期常因雷击造成机组甩负荷，需要较快的稳定带厂用电运行，给甩负荷过渡过程的控制提出了更高要求。建立了灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程非线性模型，采用定桨特性曲线模拟水轮机特性，采用特征线法求解有压非恒定流方程，引入了调速器方程，实现了对甩负荷过渡过程的精确仿真。对实际灯泡贯流式机组甩负荷过渡过程进行了仿真计算：最大水头下机组最大转速上升值大于额定水头下机组最大转速上升值；最大水头下导叶前压力最大值大于额定水头下导叶前压力最大值；额定水头下尾水管进口最小压力值小于最大水头下尾水管进口最小压力值；额定水头下机组转速控制的超调量更大；各工况下在甩负荷初始阶段均出现明显的负水锤特征；甩75%额定负荷下机组转速最大值大于甩100%额定负荷下的值；甩75%额定负荷下导叶前最大压力值与甩100%额定负荷下的接近；甩100%额定负荷下尾水管进口最小压力值最小。通过本文的研究表明：对于灯泡贯流式水...     

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．     

压力波动预止阀优化开阀方案

为降低供水工程中加装压力波动预止阀对系统中负压的恶化程度,在建立了水锤计算数学模型的基础上,应用特征线法对压力波动预止阀的防护效果进行了数值模拟计算,并提出了压力波动预止阀初始开阀时间的延迟优化方案.通过水锤防护计算并比较延迟开阀优化前后系统的负压变化情况,发现压力波动预止阀的装设确实会加大系统的负压,对系统管路造成不利影响;而延迟开阀的优化方案能有效消除和减弱因压力波动预止阀的动作而引起的负压恶化.此研究结果对于装设有压力波动预止阀的供水系统的泵站水锤防护具有重要参考价值和指导意义.     

空气罐参数对多驼峰输水系统水锤防护的影响研究

空气罐是长距离输水工程中常见的水锤防护措施，为探究影响其效果的多种因素，以特征线法为基础，结合某实际工程对输水管道进行水力过渡过程分析，建立9组不同的参数组合模型研究罐体的体积、罐内气液比和罐体高度直径比对水锤防护效果的影响，结果表明罐的水锤防护能力随体积和气液比的增大、高度直径比的减小而增强，从经济效益和安全角度出发得到罐的最优参数：体积50.49 m³，高度直径比0.5，气液比1.2。此外，通过12组不同的阀门关闭规律方案对比，发现合理设置末端阀门关闭时间不仅能够降低单向塔的尺寸，还能进一步改善空气罐防护受限处的水锤。     

小孔喷注复合式消声器综合性能仿真与优化

借助Virtual Lab声学软件,利用有限元法和传递导纳计算小孔喷注复合式消声器消声性能,并分别计算其声腔扩张室的消声量,且进行对比分析。利用FLUENT计算出小孔喷注复合式消声器的压力损失,公式得出其阻力系数,并与传统常见消声器的阻力系数进行对比。Isight优化软件集成Pro/E、ICEM和FLUENT对小孔喷注的小孔直径参数解析,计算得出小孔直径对消声器压力损失的关系,选取压力损失最小的小孔直径完成优化。     

管渠结合的梯级泵站扬程优化分配研究

密云水库调蓄工程是保证北京市区供水安全的一项关键工程，极大程度地缓解了北京市水资源供需紧平衡状态。为实现工程的经济运行，以密云水库调蓄工程后三级泵站（郭家坞、雁栖、溪翁庄）为研究对象，基于水力学模型建立梯级泵站扬程优化分配模型，采用IAPSO优化算法对模型进行求解。结果表明：对于管渠结合的梯级泵站输水系统，在不同输水流量下，梯级泵站的扬程优化方案较实际运行方案相比效率可提高5.2%；梯级间水力损失和泵站转速会对优化结果有较大的影响。该研究可为梯级泵站经济运行提供行之有效的运行方案，保证梯级泵站输水系统的安全经济运行。     

长距离供水工程空气罐调压塔联合防护水锤

结合某实际供水工程并基于特征线法,建立了包含水泵、管道及水锤防护措施的全系统过渡过程数学模型,模拟了停泵工况下系统的压力变化过程.通过计算发现,由于局部高点内水压力较小,为了保证沿线不出现负压,采用常规空气罐方案时,空气罐体积达到530.00 m³.针对常规空气罐方案体积过大的问题,提出了空气罐双向调压塔联合防护方案和空气罐单向调压塔联合防护方案,并对比分析了2种联合防护方案的效果.结果表明2种联合防护方案都能较大幅度地降低空气罐的体积.空气罐双向调压塔联合防护方案下,空气罐体积降至40.27 m³,但双向调压塔高度受测压管水头控制,水泵扬程较高时导致其高度较高,双向调压塔高达到27.00 m;单向调压塔的高度不受测压管水头限制,联合防护方案下空气罐体积为43.83 m³,但为了保证局部高点不出现负压,需增加沿线单向塔的数量.     

低比转速泵几何参数对扬程综合影响的灰色理论分析

低比转速泵几何参数对扬程的影响,应当侧重于综合影响的研究。采用灰色理论分析了低比转速泵几何参数对扬程的综合影响,通过大量计算提出了这些参数对泵扬程的影响排序结果。计算结果表明,在这些几何参数中,叶轮出口直径D2对扬程影响最大,叶片出口角2β影响最小,进口直径D1,叶轮出口宽度b2,叶片数Z和叶片长度比R依次地处于它们之间。这种方法对其它工程项目方案的研究具有重要的实际意义。