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。     

双泵给水系统水锤敏感度分析

建立双泵并联给水系统,对本给水系统水锤过程进行了数值模拟以及定量分析,重点进行双泵给水系统水锤作用敏感度分析。结果表明:初始流量对水锤作用效果影响明显,随着初始流量增大,输水管道后压差波动明显增强;离心泵转动惯量增加,停泵水锤作用效果将减弱;输水流量不变情况下,输水管道管径增加将缓解水锤压力;另外,改变调节阀关闭方式也将对水锤效果产生明显影响。     

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。     

空气阀在多水源高扬程供水工程中的水锤防护研究

【目的】研究多水源高扬程供水工程在断电停泵时的水力过渡特性及其水锤防护措施。【方法】基于一维瞬变流理论和特征线法,对空气阀采用自由气体空穴理论,建立供水系统整体数学模型。针对无防护措施下的断电工况过渡过程计算结果,选择在水泵出口侧和扬水管地面段末端设置快关式逆止阀,在供水管道局部高点设置空气阀的联合水锤防护措施,并进行了空气阀参数的敏感性分析。【结果】在未采取水锤防护措施时,在水泵出口侧发生较大压降且供水管道沿线最低内水压力严重超标。在采取合适的水锤防护措施后,在断电工况下,水泵无反转且泵后最小压力不低于-5m,泵后扬水管最小压力不低于-5m,供水主管最大压力不超过160m,最小压力不低于-5m。【结论】空气阀可对水泵出口侧和供水管道的负压起到很好的控制效果。     

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...     

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...     

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。     

卧式空气罐的水锤防护性能

针对立式空气罐存在安全稳定性较差,占地空间大,易受地形、厂房大小等安装条件限制的问题,提出了水平放置的卧式空气罐方案.建立了卧式空气罐的边界条件数学模型,并给出了卧式空气罐内水位和压力波动的数值计算公式.结合工程实例,对立式和卧式2种不同放置形式的空气罐在抽水断电工况下的水锤防护性能进行了数值模拟.结果表明立式和卧式空气罐均能够有效防护停泵水锤;同等体型参数下,卧式空气罐的罐内水位变化幅值小于立式空气罐,在防护输水管道停泵水锤方面的效果相对较优于立式空气罐.对于给定容积的卧式空气罐,理论上存在一个较优的连接管径使得水锤防护效果最佳;在罐内水量满足空气罐向管道补水要求的前提下,可尽量加大空气罐的初始气体体积和适当提高空气罐的罐底安装高程,以获得更好的水锤防护效果.     

开敞式低压管灌系统调压井设计顶高程确定方法及其应用

【目的】提高开敞式低压管灌系统设计的可靠性,提出合理确定调压井(泵站出水池)顶高程的具体方法。【方法】基于水量平衡和能量守恒方程,通过模拟系统所有可能的运行工况,寻找各井(池)内可能出现的最高水位,从而确定井(池)的设计顶高程。将该方法应用于上海市青浦区的南崧灌区。【结果】模拟获得的调压井水位为4.18～4.49 m,确定的调压井设计顶高程为4.8～5.0 m,满足系统运行要求。【结论】该方法以系统运行工况的模拟数据为依据,确定的调压井顶高程合理可靠,可应用于生产实践。     

空气罐在高原山区复杂地形条件下高扬程泵站水锤防护中的应用

【目的】探讨空气罐在高原山区复杂地形条件下高扬程泵站水锤防护中的应用效果。【方法】本文结合云南省某供水工程,基于特征线法建立泵站系统计算模型,进行了多种工况下水力过渡过程仿真计算,对比分析了止回阀拒动无防护、止回阀与防水锤型空气阀联合防护、止回阀与设置在不同位置的空气罐联合防护等工况下水锤防护措施的效果,探讨空气罐对高原山区复杂地形条件下高扬程泵站负水锤防护效果。【结果】在管线后段设置空气罐与水泵出口速闭止回阀联合防护,可使事故停泵下水泵不倒转,沿线无负压,最高升压比1.2倍,满足《泵站设计规范》要求。【结论】在高原山区复杂地形条件下高扬程泵站中将空气罐设置在负水锤源头或较上游位置,可从根本上防护弥合水锤。     

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。     

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。     

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.     

低压浑水管道输沙规律研究及水流挟沙力计算

【目的】确定输水工程适宜运行的水力条件。【方法】以巴音沟河流域输水工程为研究对象,通过数值模拟的方法研究不同泥沙质量浓度、压力条件下浑水管道输沙规律及水流挟沙力特性。【结果】(1)管道断面垂向泥沙质量浓度分布受压力、体积含沙量及管径等因素的影响;当压力及管径较小时,泥沙淤积厚度为6.3～8.0 mm,压力及管径较大时,在Y=-0.07区域以下淤积较多,淤积厚度达到8.6～9.4 mm;(2)同一管径及流速下,随着体积含沙量的增大,该区域流速梯度增大,最大增幅为14%;(3)随着水流速度增大,水流挟沙力增大,悬移质质量浓度也越大,但是悬浮指标逐渐变小。【结论】在低压浑水管道中,管径越大、泥沙质量浓度越大、压力越小,水流挟沙力越小,泥沙越容易淤积。     

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.     

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.     

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.     

大水位变幅下库区取水泵站水泵机组变频调速研究

【目的】解决库区取水泵站在上游水库大水位变幅下与下级泵站之间流量不匹配的问题,【方法】基于水泵变频调速原理和某梯级提水设计系统模型,采用定性相似分析,定量计算的方法研究分析了取水泵站在水库不同水位下,水泵工况、变频运行范围及运行工况参数,针对取水泵站在大水位变幅下与下级泵站间的流量匹配计算提出了建议。【结果】在上游水库不同库水位下,采用变频运行方式进行泵站供水量和下级泵站需求流量之间的匹配调节完全可行;定性相似分析计算法也为流量匹配结果提供了验证。【结论】水泵变频技术和定性相似分析计算法可用于库区取水泵站的水泵机组在大水位变幅下变频运行时额定工况点的确定。     

七流道球型止回阀的结构设计及性能分析

针对当前止回阀在使用过程中普遍存在的问题和缺点,对管道直径DN≥200 mm管道系统,开发设计了一种七流道球型止回阀,并在止回阀的后阀体设计中采用异型锥形体结构,有效地改善了钢心胶球在球阀全开时的颤抖,减小整个球阀水力损失;优化了球罩的长度尺寸L和关阀路径S,控制突然停泵时止回阀关闭产生的水锤压力大小,减轻对管道系统的破坏.同时利用UG软件建立止回阀的三维模型,采用Fluent软件对七流道球型止回阀的内部流动进行了数值模拟,并在同一水锤试验台上,在相同的测试条件下,对DN=500 mm的七流道球型止回阀和旋启式止回阀进行了水锤和水力损失对比试验.结果表明:在突然停泵时,同口径的七流道球型止回阀与旋启式止回阀相比,阀体前的最大水锤压力只为旋启式止回阀的1/2,其阀门的关阀时间延长了1倍以上,并且,在相同的过流条件下,其水力损失只为旋启式止回阀的10%.