长距离有压管道输水系统的停泵水锤安全防护及优化

在长距离有压管道输水系统中,为了避免事故停泵水锤威胁输水系统的安全,有必要对有压管道中的水锤进行准确的模拟。根据水锤基本理论,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,讨论了泵出口阀关闭程序,沿线设置的空气阀和调压塔等措施对水锤防护效果的影响,最后提出相应的优化建议。     

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．     

长管道事故停泵水锤现场测试与信号分析

结合某泵站事故停泵现场测试数据,采用最大熵估计法分析压力、流量、转速等测试信号的时频特点,得出实测数据的主要污染是〉50 Hz的高频噪声.利用小波包理论,采用自适应阈值方法获得无污染的去噪信号,并与快速傅里叶变换（FFT）去噪结果比较,同时进一步分析去噪后的实测信号,验证水锤仿真计算准确度以及单向调压塔防护效果.结果表明：两种去噪结果虽然波形相似,但FFT去噪同时明显削弱了峰值点的有效信号,而利用小波包理论,能够有效去除噪声污染,使去噪后的信号与原始信号保持相似性;空气阀-调压塔水锤防护措施效果明显;采用水柱分离模型,能够较为准确预测管线中出现的水锤压力峰值、最大倒流流量及最大倒转转速,为系统安全评估提供依据,但对第一次压力峰值以后的多次气穴溃灭与水柱弥合过程的模拟,存在明显误差,有待于建立更准确的数学模型.     

多分水口长距离输水工程停泵水锤防护措施

为了能够有效避免多泵且多分水口输水系统在无防护抽水断电时可能出现较为严重的负水锤带来的危害,建立了全长106.46 km的大型供水工程的数学模型进行系统过渡过程计算,选择空气阀与两阶段液控蝶阀联合防护与单向塔防护2种方案消除其负水锤,在前者远不达理想防护效果后针对后者进行优化.结合工程实际在确定了单向塔的数量、位置以及塔高后,对不同位置单向塔的底面积进行多种方案的对比选取,最终选用塔1#的底面积为28.26 m²,塔2#的底面积为176.63 m²;为了防止单向塔漏空需要分水口以及供水终端调流阀配合关闭,在确保管道最大压力不超出其承压能力的前提下,创新性地对各分水口调流阀与供水终端调流阀的关闭时间规律进行了效果比较,使输水系统能够更加经济安全地稳定运行,为此类长距离多分水口多泵供水工程的水锤防护提供了优化方向.     

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.     

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.     

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。     

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.     

自流式有压管道输水的应用

１概述英德市位于广东省北部山区，江大片节水工程位于英德市大站镇的江南、大塘等管理区内。工程地处东区总面积约３３３３．３ｈｍ２农田整治的中段，地面高程一般在２６．６～３２．５ｍ之间，灌溉水源为长湖水，出口高程为６３．０ｍ。该地区现有的灌溉工程主要是土渠...     

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。     

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。     

长距离有压输水工程整体模型试验管道沿程水头损失替代研究

长距离有压输水工程一般通过设置阻力环的水头损失替代法进行整体模型试验研究。依托深圳市北坑水库输水隧洞工程,对不同雷诺数、环数和布置方式下阻力环的水头损失替代效果及其变化规律进行数值模拟研究发现：当雷诺数Re>0.32×105后,几乎不会造成阻力环局部水头损失系数与阻力环后旋涡区长度变化;孔径比d/D减小或距径比L/D增大会增强阻力环的水头损失替代效果;当d/D=0.8,L/D=0.5,环数n>2时,阻力环平均局部水头损失系数Kd随环数n增加而减小,当环数n>20后Kd不再随环数变化。在此基础上推导出环数影响系数ε随环数n的变化规律及其拟合曲线,以及阻力替代段总局部水头损失和替代管道长度计算公式。通过分析环数对漩涡区长度的影响,阻力替代段后需设置不小于2.5D的过渡段才能保证水流流态恢复至未替代状态。     

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,水池后的重力流段采用减压阀与调节池串联的方式进行消能.停泵工况下为避免高位水池漏空,需要关闭各个减压阀.为了防止关阀产生的升压水锤超过管道承压标准从而发生爆管事故,同时考虑到各调节池水位波动的影响,选择不同关阀方案进行对比.计算结果表明,本工程空气罐较优体积为15 m³,停泵后减压阀采用120 s一段直线关闭.由于减压阀后设置调节池,相继关阀和同时关阀对结果影响较小.研究结论为同类供水工程的设计和安全运行提供了参考.     

低扬程泵装置停泵过渡过程分析

针对大型低扬程泵站进出水流道较粗且较短的具体特点,忽略弹性水锤的影响,利用刚性水锤理论,并结合泵装置管路特性、泵机组的动力学特性和相似理论,建立事故停泵时泵的边界条件方程,得出大型低扬程泵站停泵过渡过程动态特性简易计算方法的数学模型和求解方法。通过具体计算实例与工程现场实测结果的比较,表明提出的计算模型是正确的。该数学模型对我国泵站工程设计和安全运行有一定参考价值。     

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。     

发电供水工程输水系统过渡过程数值模拟方法研究

为了实现水资源的综合利用,工程上常常从现有水电站的引水隧洞或压力管道取水,兼顾发电与供水的需求。本文以南水水库供水工程为例,针对兼有发电、供水特征的输水系统建立了数学模型,分析其在发电、供水以及发电+供水三种运行工况时,恒定流计算初始参数的调整方法和发电与供水两系统在非恒定流过渡过程中的相互影响,探索兼有发电、供水特征的输水系统过渡过程的模拟计算分析思路与方法,为类似发电供水工程输水系统过渡过程的分析计算提供借鉴。