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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

瓯江引水工程泵站水锤防护研究

事故停泵水锤是长距离有压引水工程需要高度重视的技术问题，针对瓯江引水工程，以最大扬程下4台水泵事故断电作为控制工况，单泵事故断电作为验证工况，开展事故断电水力过渡过程计算分析，将优化泵出口阀门关闭规律作为主要的水锤防护措施。研究表明，泵出口蝶阀拒动情况下，4台水泵同时事故断电工况较单泵事故断电工况管线中压力、流量波动更加剧烈，水泵反转转速均不满足规范要求；泵出口蝶阀优化采用两段折线关闭规律，可以获得较好的水锤防护效果。     

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。     

多功能水泵控制阀对短距离高扬程输水管线水锤防护效果的模拟研究

为了降低输水管道水锤事故的危害程度,针对石家庄市某旅游区输水管网现状,采用HAMMER软件模拟两阶段线性缓闭多功能水泵控制阀时管道内的压力数据变化,优化多功能水泵控制阀的参数设定,研究了多功能水泵控制阀不同的缓闭方案对输水管道水锤现象的防护效果。结果表明,多功能水泵控制阀在第一阶段5s缓闭90%开度、第二阶段90s缓闭100%开度时,管道内最高水锤压力线平稳下降,最低水锤压力线明显提升,在管道末端最大负压值为-3.2m,满足管道工作要求,可见多功能水泵控制阀合理的缓闭能有效对水锤进行防护。     

某泵站更新改造中机组存在问题及水泵选型分析

水泵是提灌站系统组成的核心设备,其设计选型合理与否直接影响工程安全、投资以及后期使用寿命和运行成本,决定项目建成后水泵机组能否稳定、安全、低耗运行.本次泵站改造设计中水泵机电设备严重损坏,存在重大缺陷或事故隐患,因此本文通过水泵参数对水泵台数、型号及配套电机等方面选型,并进行分泵站水锤防护措施分析,最终选出适合更新改造的水泵机组.本次水泵机组选型可为同类型泵站改造工程提供设计方法和经验借鉴.     

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。     

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。     

中小型常用闸阀采取液控缓闭装置的设想

中小型常用闸阀采取液控缓闭装置的设想目的,是想解决常用闸阀在开启工作后,因故电源突然中断,工作机械失去动力(如水泵),管路中的液体失去动力源将会快速倒流,安装于管路的闸阀在无操作电源时能实现两阶段关闭,即停电瞬间闸阀快速关闭2/3,余1/3缓慢关闭,既避免流体快速倒流损坏工作设备和动力设备;又避免快速关断水流发生水锤现象。实现用液控缓闭闸阀代替常用闸阀和缓闭蝶阀或逆止阀的目的。     

长距离有压输水系统泵站前双向调压井水锤防护特性研究

双向调压井为输水系统水锤防护的有效措施，基于某水库工程长距离有压输水系统，采用特征线法进行停泵水锤计算，研究了泵站前设置非溢流式圆形截面双向调压井时不同调压井体型参数（竖井直径D、与管路的连接管径d）对管路水锤压力的影响。结果表明，管路沿程最大压力点水锤压力随D与d的增大而减小；水泵进口水锤压力ΔP₁主要与d有关，d越大ΔP₁越小，ΔP₂随D与d的增大而减小，ΔP₃随D的减小而增大，随d的增大而增大；泵后阀门出口停泵水锤压力主要与d有关，d越大阀门出口压力下降越低，随后在发生倒流时升压越大；并根据调压井涌波水位的变化规律进一步提出变截面调压井体型。     

核电厂辅助冷却水系统水锤计算与防护

对核电厂常规岛辅助冷却水系统由板式换热器改为管壳式换热器并取消升压泵的方案特点进行了定性分析,指出了系统方案改进后的辅助冷却水系统正常停运时会产生水锤现象。通过对辅助冷却水系统建模定量计算了循环水泵停泵工况时的水锤最大压力,提出了通过调整阀门关闭时间消除水锤现象的防护方案并进行了计算验证。     

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。     

某250MW抽水蓄能机组典型大波动过渡过程试验分析

以某250MW抽水蓄能机组为例,开展了水轮机工况甩负荷、水泵工况断电等典型大波动过渡过程试验,验证了机组最大转速、蜗壳最大水压及尾水进口真空度等关键指标均满足设计要求,以水轮机工况甩额定负荷试验实测数据为基础计算的机组转动惯量满足设计值要求。针对水泵断电过程中机组出现反转的问题,通过优化导叶关闭规律改善了其动态调节品质,并分析了甩负荷过程中水流压力脉动的内在规律。将过渡过程中关键技术参数的现场实测数据与仿真计算结果进行对比分析,表明两者吻合度较高。     

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。     

基于防水锤空气阀动态进排气系数数值模拟研究

在长距离输水管道水力过渡计算中，空气阀进排气系数多采用常量，为探究防水锤空气阀进排气系数对管道压力变化的影响，通过Fluent软件对DN100防水锤空气阀模拟得到-9～11 kPa的质量流量，并建立不同压差的动态进排气系数曲线，以西山一级提水泵站为例，对空气阀进排气系数分别采用动态值和固定值(均值0.55)进行过渡过程计算并对比分析。数值模拟结果表明，空气阀采用改进后的动态进排气系数对管道负压影响较小，对正压影响较大，且改进后的动态进排气系数有效降低了管道内的压力波动，在泵站实际运行中需关注管路正压变化并注意加强防护，水锤防护计算时应根据空气阀进排气实测资料进行计算，研究结果可为泵站运行中空气阀的水力过渡计算提供一些参考。     

大型水轮机振动对地下厂房结构安全性的影响

针对大型水轮机组运行时的振动对厂房结构安全性的影响问题,采用有限元分析软件建立了泵站厂房结构的有限元模型,对结构进行了共振校核,并采用谐响应分析法对泵站厂房在不同工况下的振动反应进行计算分析,获得了各工况下泵站厂房各部位各方向的振动反应情况。参照相关规范对结果进行分析,表明厂房结构在各工况下的振动响应基本满足正常使用要求,为泵站厂房的结构安全性和确保水泵机组的正常运行提供了依据。