长距离输水系统中空气阀的运行特性研究

长距离管道输水工程中，空气阀是重要的排气和负压控制设备。准确模拟空气阀运行特性，对整个供水工程的安全至关重要。为此，分析了空气阀的工作特点，在热力学第一定律的基础上建立了新的空气阀的数学模型，并采用特征线方法，对空气阀的水锤防护作用进行了计算分析。计算结果发现，与采用传统的空气阀数学模型相比，空气阀的进排气过程具有一系列新的特性。     

淮水北调临涣工业园输水工程空气阀的合理配置

淮水北调临涣输水管道工程线路长,线路平坦,考虑充水要求,设计在153个位置安装复合式空气阀,同时希望利用这些空气阀防止瞬变液柱分离。本文通过对1个典型水泵事故断电瞬变工况的数字仿真,研究空气阀参数的影响,包括不同微量排气孔径、高速进排气孔径及高速排气容许压差等。研究表明适当减小空气阀高速进排气孔径对于控制邻近线段的瞬态最小水压是有利的,并且通过大量计算研究,给出全系统空气阀的合理配置。     

空气阀在丹东市输水工程中的应用

文章针对长距离城市地下输水管线,建立了水力过渡过程空气阀的数学模型,说明了新型二级、三级缓闭防水锤型空气阀的特点及其水力瞬变的计算方法。对于长距离管道输水,考虑在充水未经过的管线所有空气阀都会进排气,而不是只在充水来临的一个空气阀工作,得出按照局部管道充水的需要选择的空气阀进排气孔径具有较大的裕量结论,据此提出了一个实用的选择空气阀的类型和布置的方法。并以丹东市应急输水管线工程为例,研究了水击防护的方法,包括空气阀、气囊式压气罐的布置和参数选择及水击防护效果。     

长距离输水工程中空气阀的进排气特性研究

针对长距离有压输水系统的特点,从基本的空气动力学方程入手,分析推导了空气阀的数学模型,并采用水锤计算的特征线方法,进行了空气阀水锤防护的实例分析。同时,探讨了进排气系数对空气阀运行特性和水锤防护效果的影响。计算结果表明,计算模型可以准确地模拟空气阀在水力过渡过程中的进排气特性,空气阀的进排气系数等设计参数对空气阀的水锤防护效果有显著影响。同时,通过合理的布置空气阀,可以有效地抑制输水系统中液柱分离现象的发生,保证输水系统安全。     

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。     

长距离有压输水系统空气阀排气流量系数研究

在长距离有压输水系统中,空气阀防护水锤的效果往往与其进排气流量系数密切相关,而通常在进行空气阀的进排气流量计算时认为进排气流量系数为常量。研究通过分析比较空气阀排气性能规范实测数据与理论计算结果,得出空气阀的排气流量系数是随着阀内外压差的变化而变化的,应是一动态的系数,且工程实例计算结果表明排气流量系数采用固定值和动态值得到的空气阀的进排气特性有明显差别,从而为更准确模拟长距离有压输水系统的水力过渡过程提供技术依据。     

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。     

先导式泄压阀水力瞬变的仿真

先导式泄压阀是一种先进的防水击危害的智能水力装置,具有根据管道水压的变化自动做出开启或者关闭的功能.本文建立泄压阀水力瞬变流量、水压与泄压阀开度的函数关系,提出泄压阀主阀开度响应水压变化的递进模型,并设计出计算机数值仿真先导式泄压阀响应水压变化的动作过程的方法和程序.最后,以实际工程为例,研究了管道承受负压的能力,以及...     

南水北调北京段输水系统水力瞬变的控制

根据北京段输水系统工程布置的特点，研究了事故断电条件下水力瞬变引起的液柱分离现象及其防止措施。提出了求解空气阀瞬变过程的新模型。计算研究表明，可以采用沿线布置空气阀和单向调压井防止瞬变液柱分离破坏。通过对沿管线间隔500-1000m布置空气阀的水力瞬变计算研究发现，过大或者过小的空气阀孔径都是不利的，存在一个抑制液柱分离冲击压力或者高度真空的最优的空气阀孔径。对采用单向调压井防止液柱分离的研究表明，南水北调北京段沿线需要布置5座，并提出了合理的设置位置和经济参数。     

输水管线空气阀进排气孔径的合理选择

输水管线空气阀进排气孔径的选择,包括防水锤型空气阀低压进排气孔、缓冲板小排气孔和高压微量排气孔,不仅影响输水的安全性,而且严重影响工程投资。为了合理选择各种类型空气阀进排气孔径,本文首先提出了气体流量与流量系数、孔径、气压的函数关系,以及输水管液柱弥合水击压力与输水管直径、水击波速和空气阀流量改变量的函数关系;然后,建立了空气阀进排气孔径与输水管线充水和排水流速、负压控制要求及水击压力之间的函数关系,同时考虑了管材刚度和位置高程的影响。最后,分别以重力流输水管线和泵站加压输水管线为例,应用所得理论公式分别计算确定了复合式空气阀和防水锤型空气阀进排气孔孔径,结果表明按照本文公式确定的空气阀进排气孔径,不仅比按照常规经验确定的空气阀孔径小得多,而且可以有效削减输水管的液柱弥合水击压力。     

安装有空气阀的输水管路系统空管充水过程瞬态分析

在输水管路系统中,空气阀在预防水柱分离及再弥合水锤方面发挥着关键作用。现有空气阀的应用研究多集中于满管流状态,但对于空管充水阶段空气阀的水锤防护研究较少。为此,本文建立了空管充水过程中空气阀的数学模型,提出了一种基于改进牛顿迭代法和直接求解法相结合的求解空气阀模型的计算方法,分析了进气阀、普通进排气阀和进气微排阀3种类型的空气阀在曲折管线空管充水过程中的水锤防护效果。定量分析表明,为预防空管充水过程中出现的水柱分离及再弥合高压水锤,选择大口径进气,微量排气的空气阀最为合适。该研究对安装有空气阀的输水管路系统的空管充水瞬态分析具有一定的参考价值。     

上游并联双调压室水电站瞬变流特性分析

由于长引水式水电站受地质地形条件、工程施工条件和系统运行稳定性等因素限制,为保证其安全运行,设置并联双调压室。通过建立调压室上游侧各支路阀门瞬变流水力特性的分析模型,以及考虑并联调压室水力特性的稳定性分析模型,深入分析了系统特殊的爆管瞬变流过程和水力振动特性。结果表明:在对应不同的爆管口直径同一爆管点位置,蝶阀至调压室之间管段最大瞬时流量为额定流量的1.14~2.21倍。随着爆管口直径的加大,不同特征管段的最大瞬时流量增大。考虑同一爆管口直径对应不同的爆管点位置,蝶阀至调压室之间管段最大瞬时流量为额定流量的1.25~1.67倍。随着爆管点和调压室距离增大,不同特征管段的最大瞬时流量增大。在任一支路爆管等不利情况下,通过相应支路阀门的控制可以降低复杂的瞬变流过程对另一正常运行支路的影响。研究所得水力—机械系统特征值分析成果对揭示引水系统水力振动特性具有参考价值。     

气垫式调压室参数选择及涌波计算

气垫式调压室是用于控制水电站水力过渡过程的新型调压室，具有布置灵活，适应水位变幅大和电站负荷变化后调压室水位波动小的优点，国外已应用于控制水电站引水系统和火电站供水系统水力地渡过程。本文介绍了气垫式调压室的工作原理，参数选择及涌波计算方法。     

气垫调压室与减压阀联合防护下的减压阀优化

以刚性水锤的状态空间法和弹性水锤的特征线方法为理论基础,针对气垫调压室与减压阀联合防护下减压阀对气垫调压室和机组参数的影响问题开展数值模拟。以某运行中的水电站为例,对其输水系统中不同减压阀的参数实施相关优化,在对优化结果进行分析、研究的基础上,通过总结得出了减压阀阀径的选取原则,即阀径不宜过大,也不宜过小;最优减压阀直径应当能保证机组导叶在关闭时产生的蜗壳末端最大压力近似地等于减压阀在关阀时所产生的阀前最大压力。运行实践表明,机组关阀的时间应当能在降低压力的同时又能够保证关闭时间不能太长,以免造成水资源的浪费。     

空气阀数学模型及排气性能研究

空气阀是输水管道进排气的重要设备,具有充水排气、放空吸气,正常输水排气等功能,而且越来越多地用来作为水锤防护措施,因此空气阀的合理选型至关重要。从热力学基本原理出发,推导了理想气体和不可压缩气体两种假设空气阀数学模型,并对美国给水工程协会M51指南所提供的空气阀排气性能参数进行了误差分析。分析结果表明：理想气体假设模型具有较高的精度,不可压缩气体假设模型在压差较小的情况下具有较高的精度,在初次充水、放空等小压差工况下可采用该模型。同时,还以CJ/T217-2013中FGP型复合式空气阀排气性能参数为例进行了流量系数分析。结果表明：流量系数并非常数,而是一个随压差、口径变化的变量,因而在水力过渡过程计算中,流量系数应通过实测得到。研究结果可为空气阀的合理选型提供理论依据,同时也可为工程安全运行提供技术保障。     

南水北调北京段输水系统水力瞬变的控制

根据北京段输水系统工程布置的特点,研究了事故断电条件下水力瞬变引起的液柱分离现象及其防止措施,提出了求解空气阀瞬变过程的新模型.研究表明,可以沿线布置空气阀和单向调压井防止瞬变液柱分离破坏.对沿管线间隔500 m～1 000 m布置空气阀的水力瞬变计算研究发现,过大或者过小的空气阀孔径都是不利的,存在一个抑制液柱分离冲击压力或者高度真空的最优的空气阀孔径.对采用单向调压井防止液柱分离的研究表明,沿线需要布置5座,并提出了合理的设置位置和经济参数.     

长距离输水管线中空气阀和单向调压搭联合作用的水锤防护研究

在长距离输水管线中,当事故停泵时,管路会产生负压,甚至出现汽化和液注分离,如果不采取合理的防护措施会导致管线的破坏。根据气液两相水锤计算模型,结合某长距离输水工程水力过渡过程数值模拟计算,利用空气阀和单向调压塔联合作用,并配合泵后阀门2阶段关闭的防护技术,有效地控制了管线的水锤压力。     

控制输水管道瞬态液柱分离的空气阀调压室

本文提出了控制输水管道瞬态液柱分离的新型空气阀调压室，就是在输水线路上设置短管形成局部凸起点，短管顶部密封，然后在它顶部设置空气阀。在正常输水时，空气阀关闭，调压室（短管）充满水体，没有气体。当调压室顶部水压下降到大气压以下时，空气阀进气，在调压室中形成气囊，防止输水管道发生液体汽化现象，或者超过管道承受能力的高度真空压力。当调压室底部水压超过大气压时，调压室中气体压缩，气体由空气阀缓慢排出，避免发生较大冲击水压。