多处水柱分离与断流弥合水锤综合防护问题及设计实例(上)

远距离输水工程中易发生多处水柱分离并造成断流弥合水锤危害。在这种泵站管路设计中 ,应作全面的水锤电算分析并提出综合防护措施。总结多年来的研究成果 ,论述了多处水柱分离与断流弥合水锤综合防护设计中的几个基本问题 ,着重阐述了多点固定完全断流型空腔数 理模型的建立与运用 ,单向注水与注空气 (缓冲 )问题 ,多处单向注水电算源程序的编制 ,并详细地给出Z市远距离输水工程水锤分析与综合防护的设计实例     

防护两处断流弥合水锤的单向注水箱容积计算法

本文根据动量方程得出了用单向注水法防止因事故突然停泵(或关阀)在管路中引起两处断流弥合水锤时的注水箱容积计算方法,并将计算结果与实验实测值进行了比较。     

消减断流弥合水锤的单向注水箱系统设计

本文给出了用单向注水法消减有压管路中断流弥合水锤的情况下,注水箱系统各部分(如注水箱、单向阀及管路等)的设计方法,为断流弥合水锤防护技术的推广应用提供了新的工程设计依据.     

两处断流弥合水击特性试验

为研究有压管道系统停泵过程产生的多处水柱分离现象,并分析断流弥合水击升压和断流长度的影响因素,设计出可以实现同时发生两处断流弥合水击的试验模型。试验观察到停泵产生的水柱分离现象有完全雾状汽化状态、完全断流空腔状态、既有断流空腔又有雾状汽化区的断流状态以及不完全断流状态等4种。试验结果表明,初始流速、关阀速度是两处断流弥合升压和断流长度的重要影响因素,初始流速越大,弥合升压越大,断流长度越长;关阀速度越快,弥合升压越大,断流长度越长;流速较高时,管路布置形式对具有两处断流管路的弥合升压影响很大。     

消减断流弥合水锤的空气阀口径选择

应用空气阀消减断流弥合水锺是一种较经济有效的方法。本文在实验基础上提出可由一无因次数1/( Eu~(1/4))来确定泵系统各处不同工况下消减断流弥合水锤压力至最低时空气阀口径 d_m 的大小。     

多支线长距离重力流输水系统的水锤防护

针对重力流输水工程管线高程起伏和管道水锤造成的内水压力变化问题,结合多支线输水系统的相继开阀、同时关阀和爆管等复杂运行工况,对多种水锤防护措施的设置位置和原则进行了分析。分析表明:可以在管线上游的高点设置双向调压塔来控制管道的负压和缓解过高正压,在中下游的支线分水口或者局部高点设置单向塔来隔断支线爆管引起的瞬时压降和消减断流弥合水锤,在靠近管线末端的较高点设置空气阀来防止负压,在数值仿真计算得到的内水压力过高处设置超压泄压阀来防止超过管道承压标准的正压。     

长距离输水工程弥合水锤防护措施研究

为选择合适的弥合水锤防护措施,针对长距离重力有压力流输水的特点,建立了水力暂态条件下空气阀数学模型,并采用Bentley Haestad Hammer软件对某长距离输水工程进行了弥合水锤模拟计算。计算结果表明：不设空气阀、布设复合式进排气阀与布设防水锤空气阀3种工况下瞬态升压分别为157.0,200.6 mH2O及40.0 mH2O,对应升压比分别为3.75,5.62及1.93;不设空气阀与布设复合式进排气阀条件下均发生了弥合水锤,最大空腔体积分别为350 L和775 L,而布设防水锤空气阀可有效避免弥合水锤;3种工况条件下只有防水锤空气阀升压最低,最大水锤升压较不设空气阀条件下降74.5%,且整体波动最为缓和。通过对3种工况条件下空气阀进排气体积及压力变化情况进行比较分析,可知工况2与工况3空气阀组进排气量差值为2 198~5 558 L,最小压力相差-0.05 ~0.01 MPa,最大压力相差0.38 ~0.89 MPa;工况2空气阀在管线末端检修阀关阀过程中发生了剧烈的进排气体积变化,叠加了关阀水锤,而工况3空气阀在整个计算过程中进排气体积变化较为缓和,气体体积流量及水压峰值得到了有效控制,可以认为防水锤型空气阀是弥合水锤的有效防护措施。     

泵站系统管路负压的消除措施分析

泵站系统水泵启动、停机及事故断电过程中,管道局部高点位置会形成瞬时负压区,而负压区空气压力的剧烈变化是泵站系统断流弥合水锤形成的关键因素,在相应位置设置排气阀和气压罐是解决泵站负压引起的断流弥合水锤问题的有效措施。以尼日尔二期工程为例,基于Hammer软件,对泵站系统水锤进行了数值模拟计算。通过计算,比较了设置排气阀、气压罐以及气压罐和排气阀结合三种防护措施对管路系统负压的影响。结果表明,设置排气阀及气压罐措施能有效降低甚至消除管道负压,从而可预防断流弥合水锤的发生,是泵站系统水锤防护的有效措施。     

空气阀气液两相动态特性研究综述

空气阀用于解决管道输配水工程中存气、补气问题,并预防断流弥合水锤的重要辅助设备。空气阀的进/排气过程是一个复杂的气液两相瞬变过程,其动态特性参数(包括进/排气流量系数、阀室内剩余气体体积、阀门关闭时长、阀门启闭时间等)直接影响系统的水锤防护效果。通过对空气阀动态特性相关的选型和布置、模型试验和数值模拟等方面的研究成果进行回顾综述,指出当前研究对空气阀动态特性参数的响应机理和临界阈值尚不明确,有必要在大比尺系统试验分析的基础上,明确空气阀结构特性及动态参数对两相瞬变过程的响应机理,完善现有的数学模型,进而给出空气阀设计、检测、选型、优化布置等的理论依据。     

长输管线空气阀设计选型对停泵水锤的重大影响

长输管线凸起点上的空气阀在瞬态下会吸气排气,大气囊会隔断水柱的连续性,形成水锤波的发射界面或遭遇弥合水锤,从而影响水锤相、水锤波形以及缓闭止回阀的关阀程序。本文以Surge水锤分析软件为工具,演示了空气阀吸气后形成的大气囊对水锤相、水锤波形以及止回阀关阀程序的重大影响,得出高速进排气阀和复合式排气阀都不能抑制弥合水锤、吸气后水锤形态发生重大变化以及多种工况下宜快闭而不宜缓闭的泵控止回阀选型原则的结论。结合工程实际,提出了抑制负压水锤的预防和后保护工程措施(如注气微排阀、止回阀快闭和水击泄放阀及气压罐等)的方法。