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.     

停泵水锤的简易算法

针对目前国内外使用广泛的各种水锤简易算法，进行归纳比较和对照，并结合工程实例，采用多种算法分析；最后对各种算法的优缺点和适用条件进行了比较，以便得出有效的计算方案。     

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.     

消除长距离输水管道水锤压力的措

深圳市是以境外水源为供水主要水源的缺水城市,深圳的供水系统比较复杂,以清林径引水调蓄工程为代表的长距离引水工程旨在调节深圳市年内和年际水资源分配不均衡状况,长距离管道和多级提升泵站产生了输水工程的水力过渡计算难题,本文通过对该工程设计中布置的空气阀、旁通管、调压井、缓闭止回阀、水泵开关参数和电气设计原则等水锤防护措施复核验算过程的分析,提出了设计长距离输水工程水锤防护措施设计的一些注意问题。     

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.     

高扬程泵站的水力自动化

本文结合实际工程对高扬程、小流量、长管线泵站的启动和停泵的水力自动化进行了研究。提出了安全可靠的工程技术措施,成功地解决了水泵启动和事故停泵水锤防护的水力自动化技术问题。     

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,基于某实际输水工程,采用PIPENET水力分析软件对设置空气罐这种水锤防护方案进行了分析计算,研究空气罐的进出口阻力系数对其水锤防护效果的影响。改变进出口阻力系数进行计算,通过比对多组计算结果,得到了其进出口阻力系数对防护效果影响的规律,空气罐进口阻力越大,对正压的控制越有利,出口阻力越小,对负压的控制越有利。研究表明,在工程实际中可以通过改变空气罐进出口阻力系数来降低成本、提升防护效果。     

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。     

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。     

长距离输水泵站中空气罐参数敏感度分析及正交优化设计

为了探讨长距离输水泵站中空气罐的优化设计方法,以西北某长距离输水工程为例,以泵站水击最大正压水头和最小负压水头作为优化目标,以初始气体压力、高度直径比、连接管直径、进口阻力系数和出口阻力系数为优化变量,基于正交优化设计方法和KYPipe软件,采用极差分析法获得空气罐各参数对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响,同时对得到的结果进行排序,比较并找到最优参数组合.结果表明：初始气体压力、连接管直径和出口阻力系数等因素对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响程度较大,其中初始气体压力是最敏感的参数,对于最大正压水头和最小负压水头的影响程度最大;经过比较发现最优方案的参数组合为初始气体压力水头50 m、高度直径比4、连接管直径250 mm、进口阻力系数10、出口阻力系数5;相比原始方案,优化方案使泵站的水击最大正压水头降低4.98%、最小负压水头升高64.00%.     

轴流式止回阀在长距离高扬程输水泵站工程中的水锤防护研究

针对长距离高扬程泵站在事故停泵后,导致输水系统沿线发生水柱分离及瞬态高压等严重水锤现象,基于瞬变流理论及特征线法,结合水柱分离数学模型,推导了轴流式止回阀边界条件,并建立输水工程系统的数学模型。针对工程实例中应用轴流式止回阀的防护措施防护效果进行数值模拟。通过对轴流式止回阀不同装设位置的工况进行数值模拟,并对管线瞬态压力的变化进行比较,得到在长距离高扬程泵站管线中轴流式止回阀宜布置在管线的中后段,且停泵后易产生弥合高压水锤的位置的结论,对应用轴流式止回阀作为长距离高扬程输水系统的泵站水锤防护措施提供了新思路。     

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...     

泵站开敞式进水池几何参数的数值模拟

基于定常不可压流体的控制方程和重整化群湍流模型,应用SIMPLEC算法,计算了不同几何参数的泵站开敞式进水池定常流动。研究表明过小的后壁距将引起进水喇叭口的单向进水趋势,过大的后壁距将导致后壁产生较大区域的回流区;过小的悬空高使得流入喇叭口的水流流线过于弯曲,过大的悬空高将形成喇叭口的单面进水,导致水泵进口的轴向流速分布不均匀。研究显示矩形、梯形和半圆形进水池水力性能相近,ω形进水池的水力性能最佳,进水管流速分布均匀。基于数值模拟结果提出的进水池主要尺寸参数的范围和后壁平面形状,可应用于工程实际。     

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。     

枝状管网水力瞬变工况的试验与数值模拟

采用试验并结合特征线法(MOC)对带有一个分支管管网阀门关闭时产生的水锤压力及波动规律进行了研究,试验采用压力传感器监测水锤压力波动、角位移传感器测定阀门的关闭时间及关闭规律,结果表明:MOC方法能较好地预测管网阀门关闭产生的最大水锤压力值,管网监测点计算与试验值相对误差小于13％,但MOC方法计算所得压力波的衰减比较缓慢,而试验得到的压力波衰减很快,是由于在计算中使用的恒定流摩阻所致;在此基础上对5种阀门关闭方案产生的瞬变流动进行了数值计算,表明管路末端2个阀门同时关闭时管网中产生的水锤压力最大,在实际工程中应避免阀门同时关闭的操作;管网最大水锤压力随关阀时间的延长而减小,当阀门关闭时间一定时,采用曲线关闭规律产生的最大水锤压力比直线关闭规律产生的要小,而采用两阶段直线关闭规律产生的最大水锤压力压力小于线性关闭的,对于实际工况中的两阶段关闭应通过延长第一阶段关闭时间以减小最大水锤压力．     

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.     

泵站进水流道三维流动及水力损失数值模拟

提出了将进水流道从水泵装置中分解出来单独进行数值计算的研究方法,分析了大型泵站进水流道三维流场及水力损失数值计算的区域、边界条件及网格剖分等有关问题,给出了肘形、钟形和簸箕形等3种形式进水流道三维流场和水力损失数值计算的实例,并与流道模型试验的流场观察及水力损失测试结果进行了比较.结果表明：提出的进水流道三维流动数值计算方法可以较为准确地计算进水流道的水力损失,便于对其进行模型试验验证.应用本方法可以较为方便地对进水流道的水力性能进行考核和评价,从而为进水流道优化水力设计所需的多方案比较创造条件.     

双向贯流泵装置水力性能的数值分析

在不同直导叶下,应用全流场三维湍流数值模拟方法,进行了轴伸式贯流泵站双向运行的三维湍流内部流动研究及性能预测,探讨了导叶型式对泵站性能的影响,并与弯导叶进行了比较。结果显示,导叶对改进流道内的流态有明显效果,可消除流道内的反向流动,使流动变化均匀;弯导叶对泵站正、反向运行性能反应敏感,直导叶下泵站正、反向运行性能较为接近,对泵站性能影响较小,为双向运行时间较为接近的泵站可选方案。