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...     

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.     

长管道工程中空气阀与单向调压塔水锤防护比较与优化

针对空气阀、单向调压塔的水锤防护特性,结合宁东供水工程实例,建立单向调压塔结构参数优化模型,并采用遗传算法求解,进而比较复合式空气阀和单向调压塔的水锤防护效果,结果表明单向调压塔是有效的水锤防护措施,为宁东供水工程制定水锤防护方案提供重要依据。     

长距离输水泵站中空气罐进出口阻力系数对其水锤防护效果影响的研究

在长距离输水的泵站系统中,空气罐正在得到越来越广泛的应用,以往的输水项目中一般在泵房内设置空气罐以调节事故停泵产生的升压和负压,其效果比调压塔、空气阀等要显著一些.随着我国的调水项目越来越多,设置空气罐这种水锤防护方法的研究也在逐步深入展开.空气罐的特征参数对其水锤防护效果的影响很大,如水气比、预充压、进出口阻力系数等...     

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.     

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.     

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。     

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。     

惠州深能源丰达电厂取水工程水锤计算与防护

采用特征线法对广东省惠州深能源丰达电厂取水工程进行了水锤计算。因工程采用的是弹性模量较小的玻璃钢夹砂钢管，且管线末端安装的水处理的螺旋混合器消磨了部分水锤能量，故管道中水锤压力较小，但管线两端负压较大。计算表明在管道上设置三个单向调压塔能起到较好的负压防护效果。     

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.     

空气罐水锤防护的并联泵系统水力振动分析

针对常见的以空气罐为水锤防护装置的并联泵系统,建立了进、出水池间的传递矩阵,用迭代法对复变量方程进行了求解,得到了系统自振频率及其对应振型.以某长距离供水工程为例进行了水力振动计算,得到了14阶系统自振频率及其振型,其中第1,14阶自振频率分别为0.010 6,0.183 3 Hz,自振频率低,仅当扰动源为低频扰动时才可能发生水力共振;系统各阶衰减因子均为负值,表明系统是稳定的,不会出现自激振动;把实例泵系统第8管段的PVC-M管改为焊接钢管,对系统进行了水力振动计算.由于管材改变,水锤波速增大,空气罐空气容积增大,各阶自振频率都增大,波谷、波峰出现的位置不同,压力与流量振幅增大,表明水锤波速对系统自振频率及其振型影响很大,因此在水力振动分析时,对管材、水中含气量等影响水锤波速的因素要引起足够的重视.     

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.     

空气阀型式对压力管道水锤防护的影响

针对目前空气阀在工程应用中的盲目性和随意性,对各种型式空气阀在有压管道中水锤防护进行数值模拟,为空气阀在实际工程应用中的选型提供理论依据.根据水锤理论,建立有压管道水力过渡过程数学模型.结合算例利用特征线法对各种空气阀在有压管道中的水锤防护效果进行数值计算.结果表明:管道凸起点安装传统空气阀可以减小负压,但是同时会引起较大正压;安装孔口面积比ε=0.05~0.20的空气阀组可以有效减小负压并降低正压,上浮压力系数ω接近1.0的防水锤型空气阀也可以起到减小负压,降低正压的作用.选择合理型式空气阀,并对空气阀的参数进行优化,可以显著降低管道内负压,并能防止水柱分离再弥合水锤现象发生.     

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.     

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.     

基于改进空气阀模型的输水系统支管放空过程分析

为了分析复杂管道系统支管上游阀门关闭所诱发的水力过渡过程现象,采用进气量由空气阀安装处逐步向下游推进的方法,建立改进的空气阀计算模型,并以某输水系统为例,分别采用2种空气阀模型开展相应的水锤计算.研究结果表明:采用经典空气阀计算模型时,受支管上游高程较大的影响,支管产生了“虚假”流量,导致仿真结果与工程实际偏离较大;而采用改进的空气阀计算模型时,支管流量逐步减小为0,汇流点主线上游流量逐步增大,下游流量逐步减小,过渡过程中主线各调压井水位有所下降,但并未出现漏空现象;各调压井水位及汇流点稳定压力与恒定流计算(主线流量为121.5 m³/s,支线流量为0)结果最大偏差仅0.16 m.计算结果证明了该改进空气阀计算模型的适用性,并为复杂输水系统的放空及充水过程研究提供了一种新的方法.     

沿江取水泵站停泵水锤防护措施比较

对沿江取水泵站停泵水锤的特点进行了分析,阐述了3种水锤防护措施即空气阀、空气罐和单向调压塔的原理及边界条件的数学模型,并结合具体实例,应用特征线法对不同防护措施的防护效果进行了数值模拟比较分析。