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。     

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。     

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。     

郭壁改扩建供水工程水力过渡的数值模拟

以山西省晋城市郭壁改扩建供水工程三级泵站为例,探索供水工程水锤安全防护措施。通过数值模拟发现,城镇机组中2台水泵并联运行发生停泵水锤时,泵站管道最大负压和水泵最大倒转转速均不满足《泵站设计规范》要求。结合设计单位推荐的水锤防护措施,通过对比优选方式提出两阶段液控蝶阀、空气阀、真空破坏阀的联合水锤防护方案。数值模拟结果表明,在该联合防护措施下郭壁改扩建供水工程三级泵站的相关水力参数均满足《泵站设计规范》要求,系统运行安全。     

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。     

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。     

辛安泵站供水工程停泵水锤计算与防护研究

以辛安泵站供水工程停泵水锤为例,采用数值模拟的方法计算泵站4台机组并联运行工况下的管路的压力状况,发现4台机组并联运行工况下发生停泵水锤时管路正负压及水泵最大倒转转速不满足泵站规范要求,提出了安装两阶段液控蝶阀、增加进排气阀、增大机组转动惯量3种防护措施保证供水系统安全运行并进行数值模拟计算。结果表明,仅安装两阶段液控蝶阀时,管路最大正压、水泵最大倒转转速可满足规范要求,但管路负压仍不满足规范要求;两阶段液控蝶阀加进排气阀联合防护时,可有效改善管路负压问题,但仍不满足规范要求;两阶段液控蝶阀加进排气阀并提高机组转动惯量10%联合防护措施时,可有效改善管路正负压问题及水泵最大倒转转速,且辛安泵站可以安全运行。     

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。     

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。     

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。     

冷却水系统断流弥合水锤的防护研究

有压管道中发生的水柱分离易引起很大的弥合水锤,研究了火电厂冷却水系统的水锤防护问题。首先,改进了已有的凝汽器和冷却塔模型,把凝汽器内的细管等效为两个管道并考虑冷却塔处水位的变化;其次,基于特征线方法,利用Fortran编制水锤计算程序,对某电厂实际的冷却水系统进行了加装空气阀前后的水锤分析。结果表明,空气阀有效防止了负压的产生,消除了断流弥合水锤压力,保证了系统的安全运行。     

西山供水工程事故停泵水力过渡过程计算及水锤防护

结合西山供水工程实例,依据水锤计算的基本原理和两阶段液控蝶阀、进排气阀、真空破坏阀、水泵转动惯量的边界条件建立数学模型,应用计算机对供水工程事故停泵工况进行水锤数值模拟分析,提出有针对性的水锤防护新思路。结果表明,在确定液控蝶阀第1阶段关闭时间和角度的情况下,最大正压、最大负压与第2阶段关阀时间分别呈负相关、正相关,且变化趋势逐渐趋于平缓;转动惯量的增加对此类工程设计水锤负压防护效果不明显;安装液控蝶阀、进排气阀后,采取安装真空破坏阀或对管线进行优化设计的方法可有效地对停泵水锤进行防护。该结果为西山供水工程设计水锤防护提供了理论指导,亦对其他短距离、高扬程供水工程的水锤防护具有较高的参考意义。     

驷马山引江工程长距离输水过渡过程一维三维耦合分析

梯级泵站长距离有压输水管道上下游水情发生变化，易导致管道内水压、流速等水力参数变化，进而引起水锤。为满足管道的输水要求，保障其在各工况下安全运行，采用一维特征线法和三维VOF相耦合的方法对其进行数值模拟，建立梯级泵站长距离输水系统过渡过程分析的数学模型。分析了驷马山引江工程的滁河四级站长距离输水系统在泵站停机、失电等工况条件下管道内压力、出水池水位的变化规律，得出通过末闸和侧闸的合理启闭可以更好地保障整个管道系统的安全。     

高扬程输水系统空气罐阻抗孔尺寸优化

针对高扬程输水系统空气罐阻抗孔的尺寸影响水锤防护效果的问题,基于瞬变流理论,建立空气罐数学模型,分析了水泵抽水断电情况下阻抗孔尺寸对管道系统的最大、最小压力、空气罐内涌浪及气室压力等因素的影响,提出合理的阻抗孔尺寸选取条件,并结合工程实例进行了验证。结果表明,过小的阻抗孔口会导致泵站抽水断电时空气罐补水能力不足,产生水击穿室;过大的阻抗孔口,则会导致空气罐内涌浪幅度过大,发生漏空或过低的气室压力,均无法满足供水管道水锤防护要求,可见空气罐阻抗孔最佳尺寸应结合工程管道布置与水锤防护要求共同拟定。     

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。     

长距离有压输水管道系统水锤分析

针对长距离有压输水管道出口阀关闭引起的水锤问题,采用瞬态水力学理论和仿真计算,以大岩坑水电站为例,对采用调压井配合控制出口闸门关闭长管道有压输水系统的水力过渡过程进行了计算和分析.结果表明,优化闸门的关闭时间和关闭方式能有效降低水击压力.     

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。     

长距离供水系统中空气阀的进排气特性参数研究

为研究空气阀进排气特性参数,基于数学模型,通过模拟计算,得出了空气阀的进排气流量系数与流通面积乘积随压差的变化规律;并根据不同压差下的空气阀进排气流量系数与流通面积乘积值,计算了不同进气流量系数下的进气流通面积。结果表明,空气阀的进排气流量系数与流通面积乘积随压差的增大而增大,且排气时乘积的变化幅度小于进气时;进气流通面积与其直径直接对应的面积存在差异。研究结果可为空气阀的设计及选型提供指导作用。     

蝶阀关闭时间对停泵水锤的影响

为探究两阶段线性关闭液控蝶阀第一、二阶段关闭时间对停泵水锤的影响,利用VisualBasic软件模拟某灌区泵站蝶阀在不同关闭时间下的停泵水锤值。结果表明,压力管路最大正压随蝶阀第一阶段关闭时间的增大而增大,随蝶阀第二阶段关闭时间的增大而减小;蝶阀防护时水泵反转速度改善明显,水泵最大反转速度随第一、二阶段关闭时间的增大而增大;单纯采用液控蝶阀对压力管路最大负压无明显改善。研究成果对于确保泵站系统安全运行有重要指导意义。     

工业管道系统水锤现象的剖析

停泵水锤通常为水泵机组因突然停电或者其他原因而导致开阀状态下的突然停止运行，工业管道中流体流速的突然变化引起的流体压力急剧下降而产生的水力冲击现象。本论文结合实例就日常工业管道系统水锤事故的原因和预防方法进行了探讨，并提出了相应的对策措施，具有一定的实际应用价值，对工业管道设计者也有帮助和启示。