长距离高落差重力流输水管道水锤特性分析

高落差重力流有压输水工程中,为避免在运行调度中下游管道静水压力较高,常在管路沿线设置多级消能措施,重力流管道阀门启闭会引起水锤现象,须进行水锤计算分析。通过简化消能箱物理模型,结合水锤计算分析特征线法提出了消能箱的数学模型以及用于水锤计算分析的消能箱两侧特征线方程。结合工程实例分析了高落差重力流输水工程在开阀及关阀过程中的水锤特性。结果表明:高落差重力流的开阀过程较为安全,其沿线最小压力由初始内水压力决定,受开阀速度的影响较小,提高管道初始压力可有效控制沿线最小压力;其关阀过程较普通重力流更危险,容易发生首相水锤,必须严格控制关阀速度。     

重力流输水管道关阀水锤仿真计算与防护

文章以保德县引黄灌溉工程为例,对引水管线重力流水锤计算工况及参数确定的基础上,进行了重力流输水管道引水阀关闭水锤的仿真计算。为此,设计单位提出了采用蝶阀的技术方案。此外,为有效消除重力流输水管道引水阀关闭水锤,还必须加强排气阀、蝶阀的设备选型以及水柱分离的防护。     

长距离重力流输水管线水锤计算及防护研究

为进一步研究长距离重力流输水管线的水锤现象,以兴安盟经济技术开发区工业供水工程为背景,根据一维水锤计算基本原理,计算分析了阀门两阶段线性关闭快慢和组合关闭方式对长距离重力流输水管线水锤作用的规律,并在此基础上研究了关阀总时间对管线水锤压力的影响。结果表明：阀门第1阶段快速关闭的幅度越大,则管线沿程水锤压力越大;阀门同时关闭时管线水锤压力较大,交错关闭时水锤压力较小;延长关阀总时间有利于减小管线水锤压力,该工程两阶段线性关闭最佳历时为1 400 s。该研究对长距离重力流输水管线的安全运行具有一定的参考作用。     

含重力流支线的泵站加压供水系统水锤防护

针对含重力流支线的长距离泵站加压供水系统的水锤防护问题,以我国东北某大型供水工程为典型示例, 开展水力过渡过程仿真。基于特征线法建立水力系统数学模型,分析无防护事故停泵的极端工况下水泵特性参 数变化及干线管道沿线压力分布。通过理论分析,提出重力流支线末端调流阀在相继关阀工况下引起的水锤波 在某同一位置发生干涉相长时可产生最大水锤升压。对比调流阀相继关阀工况与同时关阀工况,相继关阀工况 所得最大水锤升压比传统认为引起最大水锤升压的同步关阀工况高 4.4%。给出相继关阀工况下各阀门具体是在 何时开始相继动作的计算式,可为含重力流支线输水系统的水锤防护措施的校核提供理论依据。通过优化干线 泵后阀关闭规律和空气阀布设方案的联合防护措施,有效缓解水泵断电过程中的水力不稳定特性,降低机组最大 反转转速 94.95%,同时有效降低输水干线水锤正压极值 33.82%、负压极值 89.24%,水锤防护效果显著。本研究为 含重力流支线的长距离泵站加压供水系统的水锤及其防护提供理论支撑和实践参考。     

“V”形管线布置的长距离输水工程关阀水锤及防护研究

针对"V"形长距离、高落差的重力流输水工程中的关阀水锤问题,文中以吉林省某供水工程为背景,采用特征线法,建立了包括管道、阀门在内的全系统水力过渡过程数学模型,通过数值计算,模拟工程关阀时的管道水锤,并提出了防护关阀水锤的方法。通过3种不同关阀方案的对比分析,最终确定较优的阀门关闭时间为300 s。文中研究成果为保障工程运行安全提供了依据,也为同类重力流供水工程的关阀水锤防护和设计提供了借鉴和参考。     

有压输水系统停泵水锤数值模拟及其防护研究

结合山西中部某引黄工程,采用流体力学的基本原理和特征线法,在泵出口安装两阶段关闭蝶阀和沿管线布设空气阀联合防护措施下,针对输水系统事故停泵引起的水锤问题进行水力过渡分析和计算,得出管线沿程水锤压力和泵出口断面压力变化过程线。结果表明,泵出口安装两阶段关闭蝶阀对高扬程、长距离管道的水锤防护效果较明显,合理控制快慢关时间及角度能有效降低水击压力、机组倒转和倒泄流量。通过调整空气阀的布设位置、口径及进出流量系数,得出在空气阀流入流量系数为0.975、流出流量系数为0.650、口径为450 mm下的水力过渡过程,管路中最大负压水头控制在-1.6 m以内。可见,沿管线合理布置空气阀能有效降低管道负压。     

长距离重力流输水管路水锤压力数值模拟

长距离重力流输水管线距离长、支线多、落差大,当突然关闭末端水厂阀门管线时会产生破坏性较大的水锤压力,因此,分析水锤特性并采取合理的水锤防护措施,对于保证输水工程的可靠性和降低管路工程造价具有重要意义。以某输水工程为例,建立输水管路水锤压力数学模型,用于研究末端水厂关阀引起的管路压力和水锤压力变化规律。结果显示,管路末端水厂阀门在无水锤防护措施工况下同时关闭,水锤压力沿线逐渐上升,末端易产生水锤高压。依据数值模拟结果,采用空气阀、超压泄压阀等水锤防护措施,可减小管路末端关阀水锤压力,保障输水系统的安全运行。研究成果可为类似工程的水锤防护提供参考。     

长距离重力流输水管道关阀水锤防护措施分析

以柳州市古尝河原水输水工程为例,分析了长距离重力流输水管道关阀水锤保护措施。通过HAMMER V8软件对原水有压重力流长距离输水管道系统运行进行模拟,计算和分析了系统末端的关阀水锤,得出关阀水锤的解决方案以及水锤防护措施和建议。     

某长距离供水工程的开关阀过渡过程模拟及优化

为了研究先降后升形长距离重力流输水工程中的开关阀水锤问题，以吉林省长白朝鲜族自治县供水工程为算例，采用特征线法建立了全系统水力过渡过程数学模型，并通过数值计算模拟工程开关阀时的过渡过程，并提出了防护水锤的开关阀的方法。根据工程特点，针对开关阀的工况各提出了的3种不同方案，经过对比分析，发现关阀水锤的最大内水压力出现在管道最低点，且随着阀门关闭时间的增加而降低，而开阀水锤的压力随开阀时间的增长而减小，但影响不大。综合比较，得到较优的阀门开阀时间360s、关阀时间为300s。文章成果为工程的运行安全提供了支撑，且为类似工程的设计和管理提供了参考。     

长距离重力流输水系统的联合阀组水力控制研究

针对长距离重力流输水工程中因调节阀的启闭操作产生的正、负水锤问题，本文利用特征线法和水锤波传播理论，结合工程实例，分别对采用末端阀控制、在线阀控制以及在线阀与末端阀联合控制等水力控制方案开展了数值模拟与对比分析。结果表明：采用在线阀与末端阀联合阀组控制方案可有效解决在线阀控制方案中下游管道的负压问题，同时相较于末端阀控制方案，在线阀下游近99 km管道的最大正压降低了15.0～18.6 mH₂O。基于联合阀组方案的控制优势，优化设计了调节阀的关闭时间与方式，提出在线阀的关闭时间宜适当小于末端阀，且宜采用线性或先快后慢的两阶段关阀方式；优化后的联合防护方案不仅保证了管道沿程无负压，而且进一步抑制了在线阀下游管段的水锤正压，极大地降低了管道投资，为类似工程的水力控制方案提供重要参考。     

带连通阀的阻抗调压室水锤防护特性研究

在大流量输水工程中,水泵抽水断电后,管线往往会有较强的压力波动,易造成沿线水位压力较低。结合某大流量输水工程,建立了带连通阀的阻抗调压室数学模型,对比分析了简单调压室、阻抗调压室和带连通阀的阻抗调压室的水锤防护特性,验证了带连通阀的阻抗调压室的优越性,并研究了其连通阀关闭规律对调压室水锤防护特性的影响。研究表明：与简单调压室和阻抗调压室相比,带连通阀的阻抗调压室水锤防护效果更佳,可有效提高调压室最低水位和沿线最小压强,减小占地面积;水泵抽水运行断电后,连通阀须尽早关闭,且存在较优关闭速率。     

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。     

长距离重力流输水工程分级减压设计优化与水锤防护分析

乌兹别克斯坦某城市供水工程中重力流输水段原设计管道耐压等级偏低,需设置减压消能设施。经减压方案对比分析,一级减压方案投资明显高于二级减压方案。采用KYPipe2010计算软件分析稳态计算结果表明,在小流量和极端工况下,减压阀后的减压比达到3.85,阀后会产生较大的气蚀。为此,采取在每级减压阀(DN600)处并联一台小口径的多喷孔减压阀(DN400)。在发生小流量和极端工况时,仅开启DN400多喷孔减压阀消能,以减小汽蚀的危害。关阀水锤分析表明,末端关阀时间选择300 s匀速关闭较为合适,沿线应设置5台超压泄压阀,以防止水锤发生。     

管线末端含虹吸断流结构的输水工程水锤防护

基于瞬变流计算的特征线法,建立真空破坏阀和单向调压塔数学模型,应用于管线末端含虹吸断流结构的输水工程。针对管线系统水锤防护问题,提出真空破坏阀单独防护、真空破坏阀和空气阀联合防护、真空破坏阀和单向塔联合防护等3种防护方案。结合管道压力控制要求,分析对比危险工况下水泵事故掉电时3种防护方案对管线系统水力过渡过程的影响。结果表明:针对管线末端含虹吸断流结构的输水工程,在真空破坏阀单独防护方案下,泵后部分管段压力降至汽化压力;在真空破坏阀和空气阀联合防护方案下,虽然管道压力没有降至汽化压力,但是不能满足空气阀防护下-5m最小压力控制标准要求;在真空破坏阀与单向塔联合防护方案下,单向塔防护范围内管线最小压力为0.55m,满足单向塔防护下管线不出现负压的控制标准要求,该方案有较好的水锤防护效果。研究结果可为管线末端含虹吸断流结构的输水工程水锤防护提供参考。     

大跨斜拉输水管桥水锤冲击响应研究

大跨斜拉输水管桥管道内水锤效应往往对桥梁结构安全产生重要影响。建立了某斜拉输水管桥有限元模型,对比分析水-管-桥结构的动力特性,进行了管-桥共振复核。通过特征线法求解水锤基本方程,计算了输水工况转换过程中不同阀门关闭历时产生的水锤压力,分析了水锤冲击作用下管桥主要构件的动力响应,对比研究了水锤荷载不同加载方式及不同关阀历时对管桥构件响应的影响规律。结果表明：管道空管及充水满管情况下的自振频率与桥梁结构的固有频率错开度较大,二者没有发生共振的可能;非均匀加载方式使得管桥各构件动力响应相对均匀加载显著增大,位移和应力的增幅大都超过50%,但不会引起构件的失稳或破坏;随着阀门关闭历时的增加,水锤冲击作用减弱,管桥主要构件的动力响应降低,钢桁梁组件中K型支撑杆、横梁、腹杆的响应下降幅度相对较大,桥塔的响应下降幅度较小。     

液控蝶阀和超压泄压阀对水锤联合防护效果分析

以山西省长治市庄头泵站为例,针对供水工程倒虹吸管段出现的水锤压力过大的情况,采用数值模拟的方法,分别模拟了两阶段关闭液控蝶阀单独防护水锤、超压泄压阀单独防护水锤与液控蝶阀和超压泄压阀联合防护水锤的压力管路情况。对比分析了3种防护措施下的管路技术指标。分析结果表明:两阶段关闭液控蝶阀单独防护水锤与超压泄压阀单独防护水锤的效果均不明显,管路最大水锤压力仍不满足规范要求;而采取液控蝶阀和超压泄压阀的联合防护措施,能够有效地降低水锤压力,保证供水工程的安全运行。提出的液控蝶阀和超压泄压阀联合防护水锤的方法,可以为庄头泵站的安全运行提供技术支持,同时,也可为其他类似泵站的水锤防护提供参考。     

调节阀在长距离输水工程消能调流中的应用

结合北京市已建的长距离重力输水工程,介绍了调节阀的设计选用情况,论述了设置消能调流设施可有效防护水锤保障输水管路安全,并对管道工作压力进行合理分段,分析了常规措施与采用调节阀消能调流的优缺点,阐述了调节阀的应用现状和选用技术要求。采用特征线法进行数学模拟计算,通过计算分析结果表明,调节阀可方便地调减流量,消减富余水头防护水锤并节约投资。     

事故停泵水锤计算模型参数局部敏感性分析

数值模拟的方法为管道输水工程采用合理的水锤防护提供了良好的技术支撑。基于特征线法,采用扰动分析的方式（固定步长5%,扰动范围±25%）,并结合修正的Morris筛选法,对事故停泵工况时水锤计算模型进行了参数局部敏感性分析,以加强对模型参数的识别和不确定性的分析。分析结果表明：所研究的条件在事故停泵工况时,模型中的7个参数与最大水锤压力值的敏感性大小依次为泵后阀关阀时间、管道管径、输水流量、摩阻系数、水击波波速、机组转动惯量、管道长度。     

输水管道含沙水锤模型及特性研究

水锤现象的准确描述对于长距离供水工程安全稳定运行有着至关重要的影响,但传统的水锤模型缺乏对于输水管道含沙水锤的深入探讨与分析。本文基于费祥俊阻力模型定义了管路当量摩阻,借鉴韩文亮浆体水锤波速公式推导了非均质流含沙水锤特征线方程,采用特征线法计算得到了不同泥沙颗粒参数下RPV系统的关阀水锤压力,并与清水水锤计算压力对比。结果表明：清水水锤数值计算瞬态压力与实验数据较为吻合;含沙水锤压力增量与含沙量呈正相关而与颗粒直径无关,含沙量100 kg/m³时最大水锤压力为77.91 m,较清水计算结果高出7.71%;由当量摩阻换算得到的管路糙率与含沙量和颗粒直径呈正相关,与初始流速呈负相关。相关研究成果为高含沙流域长距离供水工程安全运行与水锤防护提供了参考。