气垫调压室联合单向塔的停泵水锤防护研究

针对某长距离、大流量、高扬程泵站加压供水工程,对事故停泵进行模拟。结合工程地形特征,提出采用气垫调压室和单向塔联合防护的方法,并结合管道压力控制要求,对泵后阀门关闭规律及调压室阻抗孔径进行敏感性分析。结果表明,气垫调压室可有效防护停泵水锤及泵后阀快速关闭产生的关阀水锤,单向塔解决了气垫调压室持续补水导致的局部高点低压问题,保护了高点管段安全。联合防护方案可显著减小气垫调压室体积,节约工程成本。另外,泵后阀关闭规律及气垫调压室阻抗孔面积对管道的水锤压力影响较大,关阀过快或阻抗孔口面积过大会导致管道正压超标;关阀过慢或阻抗孔口面积过小会导致管道出现较大负压,具体工程需结合过渡过程模拟进行优化,对于本工程,经过模拟优化,阻抗孔口直径取0.8 m,泵后阀采用5 s直线关闭,结果可满足调保计算要求。     

停泵时泵后非瞬时降压的空气罐水锤防护方案

基于水泵停泵时的泵后非瞬时降压特性,给出了空气罐设置位置的选取原则和方法,结合工程算例,提出仅在管道中部设置空气罐防护方案和在管道中部开始串联设置空气罐防护方案,并通过数值模拟方法将这两种方案与常见的泵后设置空气罐防护方案进行水锤防护效果比较。结果表明,在防护效果相近的情况下,采用在管道中部开始串联设置空气罐的防护方案所需的空气罐容积最小,同时该方案下的罐内气体最大压力也相对较小,对空气罐的受力结构要求相对较低。在串联空气罐防护方案中,首端空气罐的主要作用是抑制管道压力降低,末端空气罐的主要作用是抑制管道压力升高。因此,在考虑串联空气罐的容积优化时,应结合输水系统水锤防护的实际需要,当输水管线的降压严重时,可考虑增大首端空气罐容积;当输水管线正压过大时,可考虑增大末端空气罐容积。     

泵后球阀兼作泄压阀的水锤防护研究

对于高扬程泵后设置空气罐防护的输水工程,水泵断电时输水系统的倒流动力往往很大。针对输水系统倒流动力过大而导致所需空气罐体积剧增的问题,提出了一种泵后球阀兼作泄压阀的水锤防护方案,建立了泵后球阀的数学模型,并分析了泵后球阀"先关后开再关"操作方案的可行性。结合实际长距离供水工程,对比分析了泵后球阀一段直线关闭、球阀两段折线关闭与泵后球阀"先关后开再关"操作方式的水锤防护效果,并对泵后球阀开启阶段的目标开度进行了敏感性分析。结果表明,泵后球阀采用"先关后开再关"的操作方式能够解决输水管道超压问题,有效减小所需空气罐的体积,但开阀阶段球阀的目标开度不宜过大。     

基于KY PIPE的管道输水工程停泵水锤分析及防护方案研究

当长距离有压输水工程因事故突然断电停泵时,易产生停泵水锤,危害输水系统的安全运行。为减轻停泵水锤对泵站等管道输水系统的危害,基于实际工程,使用KY PIPE 2022软件建立了相应的水锤计算模型,通过数值模拟探究输水系统停泵水锤水力过渡全过程,讨论了两阶段缓闭式止回阀不同关阀程序和气囊式空气罐不同布置方式对水锤防护效果的影响规律。结果表明,止回阀两阶段关阀程序优于线性关阀程序;对于管线前端负压较轻的输水工程,气囊式空气罐在管线中部串联布置相较于首尾布置有更好的经济性和可行性。气囊式空气罐、空气阀和两阶段缓闭式止回阀联合防护方案可有效抑制水泵倒转和水体倒流现象,有效控制管内最大正压和负压,使各项关键参数满足规范要求。     

水电站调压井最佳阻抗系数的确定

本文利用特征线法,对同一时刻的调压井内涌浪高度和通过井下阻抗孔穿透到上游引水管道内的压力进行了联合计算。令最大涌浪高度和发生在引水管末端的最大水锤压力相等。在此准则下决定出与阻抗孔的几何尺寸及位置有关的最优阻抗系数,给出了最优阻抗系数随关闭时间而改变的一组曲线。结合几个例子详细讨论了如何选取开、关阀时的最优阻抗系数。     

长引水道系统调压室体型与导叶关闭规律优化

针对水电站长引水道系统机组导叶的关闭规律,根据涌浪压力及水锤压力的不同性质,提出了合理统筹调压室断面面积、阻抗孔口尺寸、关闭时间三者的优化方案。同时指出在可研阶段优化导叶关闭规律存在较多的不确定性因素,还应结合关闭规律的敏感性分析以得到一个鲁棒性较好的关闭规律。     

高扬程输水系统泵后阀门关闭规律研究

对于扬程较高的输水系统，水泵抽水断电后产生的停泵水锤通常大于泵后阀门直接关闭产生的直接水锤。基于茹科夫斯基公式及水泵抽水断电的泵后降压规律，研究了泵后阀门关闭规律对输水管道沿线压力的影响，得到了水泵断电后泵后阀门最佳关闭时间的理论值，即T_g=T_d,并结合实际输水工程，采用数值模拟方法对该理论值进行了验证。结果表明，对于高扬程输水工程，水泵抽水断电后，泵后阀门采用提出的理论值可使停泵水锤对输水系统产生的危害最小。     

空气阀的水锤防护性能及其在联合防护中的应用

输水工程中空气阀通过进排气来控制管道内的压力,管道内出现复杂的气液两相流过渡过程,其最大进气量和排气完毕后的弥合水锤限制了空气阀在水锤防护中的应用。通过对空气阀动作过程的分析,确定空气阀设置点的初始压力、最大降压量及空气阀的排气速度对其防护性能影响最大。在特征线法基础上用工程算例对不同位置的空气阀的进排气情况进行了对比分析,证实空气阀可以作为水锤防护的辅助措施和其他防护措施联合使用,承担一定的消减水锤的任务,并通过将空气阀布置在管道的后部来提高空气阀在水锤防护中的可靠性。     

长供水管道水泵出口阀门的选择

某泵站供水管道较长,扬程较高,水泵突然断电,水泵出口阀门关闭时,沿整个管线都出现了危及管道安全的水柱分离现象,因此采取了附加惯性飞轮的负水锤防护措施以及在水泵出口安装二段关闭阀门的正水锤防护措施。计算结果表明：正负水锤防护措施的有效结合,避免了严重的水锤压力,保证了管道运行的安全;对长供水管道,水泵出口安装液控蝶阀比微阻缓闭止回阀的水锤防护效果好。     

长距离跨海管道供水工程的水锤防护研究

长距离、跨流域调水是重新分配水资源、缓解缺水地区水量需求的重要水利工程。针对长距离跨海管道供水工程,论证了常规水锤防护措施的适用性;基于特征线法建立跨海输水管道全线水锤计算模型,进行数值模拟研究,提出合理的防护措施,并结合实际供水工程加以验证。结果表明,管线长、扬程高、起伏大都是影响水力过渡过程的主要因素;常规的单一水锤防护措施,如空气阀、常规调压塔不能有效进行水锤防护。因此,考虑联合措施进行防护。实际工程应用表明增大泵组转动惯量并设置空气罐和单向补水塔时,防护效果最佳。     

带长连接管的水电站调压室上下阻抗特性研究

对于带长连接管的调压室,为了方便施工,往往将阻抗孔口下置到连接管与输水隧洞相接处,但针对阻抗孔口在连接管内的位置对水电站水击压力、调压室涌浪和水击穿室系数的影响缺乏专门的研究。因此,通过理论分析和数值模拟方法研究了带长连接管调压室的阻抗孔口位置对水击压力、调压室涌浪和水击穿室系数的影响。结果表明,对于带长连接管的水电站调压室,阻抗孔口应上置在连接管与调压室大井相接处,且连接管直径越大,阻抗孔口上置对改善水电站的调节保证设计参数越有利,水击穿室系数越小。此外,还可在长连接管内装设阀门,增加连接管摩阻损失,通过优化阀门关闭规律实现调压室内涌浪的快速衰减。     

新疆某供水工程停泵水锤计算与防护措施选择

鉴于新疆某工业供水工程采用二级泵站输水时输水管线长、地形起伏大、泵站扬程高等问题,水锤计算与防护对工程安全运行具有重要意义。采用带插值的特征线法,分别计算泵站在各种可能的初始条件下水泵发生事故停泵后,水泵出现的最大飞逸转速及管线最大水锤压力,分析了各种水锤防护措施,提出对一级泵站设一座单向调压塔,管道沿线设7处普通空气阀,泵出口阀采用两阶段关闭;对二级泵站布置二座单向调压塔,管道沿线共设15处普通空气阀,泵出口阀两阶段关闭;就可以降低水泵最大飞逸转速及管道压力等级,并消除水柱分离现象。     

长距离输水管线压力波动预止阀开阀时间对突然停泵水锤低压的影响

针对长距离输水系统事故停泵后易导致水柱分离及产生具有破坏性的断流再弥合水锤的现象,建立了突然停泵管道系统气液两相水锤计算模型及其边界条件,并结合某工程实例,应用特征线法对采用注气微排阀和压力波动预制阀防护措施的防护效果进行数值模拟,对压力波动预止阀在不同开阀时间下管线的负压变化进行比较,得到通过采用延迟开阀时间可有效避免因压力波动预止阀的动作而引起的系统管路负压恶化发生汽化的结论,对装设有压力波动预止阀的输水系统的泵站水锤防护具有重要参考价值。     

空气阀进排气流量系数对停泵水锤的敏感性研究

在长距离供水工程中,空气阀的进排气流量系数反映了空气的流通性和空气阀防护水锤的能力,而通常在对泵站水力过渡过程数值模拟的计算中将进排气流量系数取为定值。为了研究空气阀进排气流量系数对停泵水锤的影响,以某提黄灌溉工程为例,利用Visual Basic水锤计算软件模拟分析不同进排气流量系数组合下的停泵水锤值。结果表明,空气阀的进气流量系数越大,正压和负压绝对值越小,空气阀防护水锤的效果越好;排气流量系数太大或太小时,正压增大,适当偏小时水锤防护效果较好。     

调压室连接管尺寸对水位波动和水击压力的影响分析

由于调压室涌浪和水击压力受连接管尺寸影响较大,针对水库—调压室—阀门引水系统,推导了计入连接管长度与直径情况下阀门瞬间关闭时调压室波动的解析公式,利用特征线法计入斜坡项进行数值计算,验证了公式推导结果,并分析了不同连接管长度和直径下调压室水位波动幅值、周期和阀门端水击压力上升值的变化规律。对比分析结果表明,在管径较小时调压室涌浪相对值随连接管长度变化较快;连接管长一定时,阀门端水击压力在某一管径比下上升较快,应加以重视。     

长距离重力流输水系统水锤模拟及其防护研究

针对长距离重力流输水系统中的水锤防护问题,以山西省乡宁县县城重力流供水工程为背景,依据水锤计算的基本原理,建立水锤计算模型、末端调流调压阀边界条件及超压泄压阀边界条件,通过数值模拟计算,提出了重力流输水条件下的水锤防护新思路。根据输水管线的稳态运行情况,首先确定了输水管线在末端调流调压阀不同线性关闭方式下的水锤压力变化规律,得出阀门最优关闭时间为1 200s;其次,经优化计算,使用24个空气阀与2台超压泄压阀联合防护,可以确保工程安全运行。研究成果可为重力流工程设计提供参考。     

从阻抗试验值推求气垫调压室稳定断面

通过对气垫调压室底部阻抗模型试验成果的分析研究,采用试验结果与理论计算相结合的方法,得出了能够较真实地反映调压室底部阻抗等因素对气垫调压室波动稳定断面影响的截面积计算公工,算例表明,在合理教育调压室底部阻抗等因素原情况下,气垫调压室的稳定断面可予以减小。     

供水管网中空气阀优选及水锤模拟

针对现阶段空气阀选型的随意性和盲目性,依据不同类型空气阀的工作原理及功能,给出了空气阀型式优选的方法。空气阀主要满足功能包括管道正常运行的微量排气量及其正常工作压力、水泵失电或爆管后由重力流产生负压的吸气量、管线初次充水的排气量、管线放空的吸气量、特殊情况下的防水锤要求。以吉县东城提黄灌溉二级站为例进行空气阀选型及水锤模拟,结果表明,采用蝶阀加空气阀联合防护,系统能安全运行。研究成果可为工程安全稳定运行及空气阀选型提供理论依据。