引水管道闸门的动水荷载特征与破坏分析

针对引水管道内压力波动诱发强烈振动问题，研究了水电站或泵站蝶阀开启状态时所承受的水流时均和脉动荷载特性，计算了水力诱发阀门的振动响应，分析了阀门锁轴等构件的疲劳效应和阀门突然关闭对管道阀门门体的影响，研究成果可为工程设计和安全运行提供依据。     

不同类型阀门水锤特性计算比较

采用水锤计算方法,计算分析了不同结构类型阀门的水锤特性。得出阀门关闭时间较短时,管路系统最大水锤压力与阀门类型有关,但最大水锤压力出现的时刻基本相同,与阀门类型关系不大。阀门关闭时间较长时,最大水锤压力与阀门类型关联性不大。对于工程上可能需要快速关闭的重要阀门,其流量系数会影响管路系统的最大水锤压力值,应对阀门进行专门的流量系数测定,选择阀门时应考虑其对管路水锤特性的影响。     

大口径、高压力新型止回阀在新疆SJZ泵站的应用

针对大口径高扬程泵站突然失电时水泵出口阀两阶段关闭存在的问题,提出了采用轴流式止回阀代替两阶段关闭液压阀的措施。对应用于SJZ泵站的轴流式止回阀流阻系数和流量系数进行了仿真计算,基于阀门弹簧的作用和水泵失电后的阀门出口边界条件变化特性,对轴流止回阀的动态特性进行了模拟和分析表明,阀门在正向流速降至零时,立即完全关闭阀门,可避免水泵倒转、水倒流及过大的阀后升压,且能保证阀门关闭时阀瓣前后压力稳定。     

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。     

水电站大口径进水球阀流动特性的数值模拟研究

采用FLUENT的动网格和网格自适应技术对水电站大口径进水球阀关闭过程进行非定常数值模拟,并与不同关闭角度下的定常稳态计算结果进行对比,提出如下结论:(1)相同关闭角度下,关闭过程中的局部损失系数高于稳态过程中的局部损失系数,且局部阻力系数拐点均发生在关闭角度为40毅至50毅之间;(2)分析非定常关闭过程计算中不同关闭角度下的总压、速度云图及流线分布,发现当关闭角度大于50毅时,阀瓣与壁面的微小缝隙中逐渐形成一股高速射流,球阀主流道的高速区逐渐断裂,球冠附近的流速梯度大且压力梯度非常明显,XY平面阀体后端的漩涡运动开始加强逐渐形成回流区,介质过球阀时的压力损失明显增加;(3)分析非定常关闭过程计算中各监测点速度随关闭角度的变化情况,发现随着关闭角度的增加,从阀门进口左下方到阀门出口右上方逐渐形成高速流,所以监测点8的速度最大,而当关闭角度增加到大于50毅时,由于高速区的断裂,监测点3的速度最大。结论(2)和(3)的内特性分析均揭示了阀体内部高速区的断裂与其外特性的联系。     

液氢和液氧低温推进剂加注系统中的管路瞬变特性研究

液氢和液氧低温推进剂是国内外航天运载火箭的主要燃料。该文通过对液氢和液氧低温推进剂加注管路的流动分析,以一维流体瞬变理论为基础,建立相应的计算模型,对加注管路末端阀门关闭时的瞬态流动特性进行了研究。结果表明:阀门的关闭速率影响着管路系统压力波动;由于液氢、液氧密度的不同,管路中的水击压力也不相同;阀前的压力波动幅值大于阀后的压力波动幅值。由此进一步推出了低温液体推进剂加注管路中阀门的操作规则。     

长距离高落差重力流供水工程的关阀水锤

对长距离高落差重力流供水工程中阀门动作规律进行了研究,分析了关阀的水锤特性,运用特征线法推导了在已知阀门关闭规律时管道首相水锤压力的解析公式以及在已知管道控制压力时阀门最快直线关闭规律的解析公式,并结合数值计算对公式的正确性进行检验。结果表明:推导出的首相水锤压力解析公式和水锤直线关阀规律解析公式计算均与数值计算结果吻合较好,精度较高,可为高落差重力流供水工程的管道设计及运行调度提供参考。     

三峡永久船闸输水廊道水动力学特性研究

该文对三峡永久船闸末级闸首阀门段输水廊道进行了数值模拟,对阀门段输水廊道的内部水流流动特征进行了分析,并研究了阀门后廊道顶部的压力特性,分析比较了以不同速率开启阀门及不同开度下紧急关闭对阀门段输水廊道内部流场的影响。将二维结果与三维结果及实验结果进行对比,变化趋势基本一致,验证了边界条件提法的合理性及数值方法的可行性。该研究对永久船闸阀门开启速率及紧急关闭时阀门开度选择具有一定的指导意义。     

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。     

长距离有压输水管道阀门关闭规律研究

长距离有压输水工程中的水锤压力,是影响供水工程安全运行的重要因素之一,末端阀门的关闭引起的水锤问题是最常见而又最突出。针对长距离有压输水管道末端阀门关闭引起的水锤问题,以特征线法为理论基础,以南水北调中线某配套工程有压输水管线为例,分别对该管线末端阀门在直线关阀和先快后慢两阶段关阀两种工况下的水锤压力进行计算,进而对末端阀门的关闭规律进行优化分析。结果表明,优化阀门的关闭规律可有效的降低长距离有压输水管道系统的水锤压力。     

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。     

城市供水管网事故时的水力分析

就城市供水管网事故抢修时的阀门关闭优化方案编写程序 ,对分析结果进行模拟显示。由于阀门关闭 ,使部分区域的压力降低 ,影响用户用水 ,导致实际的事故影响区域大于阀门关闭所造成的停水区域。为此 ,改进水力计算方法 ,在牛顿 -拉夫森迭代中考虑事故时节点流量随节点压力的动态变化 ,求解管网压力和实际节点配水量 ,为管网事故时调度提供决策依据     

泵后两阶段关闭阀门关阀时间及关度的分析确定

《泵站设计规范》(GB50265-2010)规定,高扬程、长压力管道的泵站,工作阀门宜选用两阶段关闭的液压操作阀。两阶段关闭阀门是削减水锤、保护水泵的重要水力部件,关阀时间及关度是关系到削减水锤效果的重要参数,然而其确定方法规范及各文献鲜有涉及。文章通过工程实例,对某泵站的停泵水锤进行分析计算,从而确定泵后阀门的关阀时间及关度。     

娘子关供水水泵转动惯量与管道受压间关系研究

管路阀门突然开启或关闭、管路水泵突然停止、骤然启闭导叶后,水流流速、压强发生突然大幅度波动,水流对阀门及管壁产生较为明显的冲击压力,严重的甚至会导致管路爆管事故。采用增加供水泵机组转动惯量后,管道内的水流对阀门及管壁产生的冲击压力会降低,即使是较小的转动惯量增幅,管道降低正负压最大值降低也较显著。     

五通自控阀

水力阀门是一种比较好的阀门形式。目前大都用手动操作的“四通阀”来控制阀门的启闭。五通阀的构造如图所示。工作原理:开启阀门时正向压力大于反向压力,压力水从“7”口进入五通阀内,推动活塞“9”向右移动,封闭“1”和“5”口,经“6”进入水力阀门压缸下部,推动缸内活塞向上,阀门开启。缸内积水从“2”进入五通阀,经“3”从“4”口排出。关闭阀门时,     

重力流输水管道水锤防护分析及优化设计

为了解决某重力流输水管道工程因末端阀门关闭不当而发生水锤破坏的问题,通过末端阀门不同关闭时间的比较,结合测压管水头和沿程管道压力包络线分析最后得到合理的水锤防护方案。结果表明,通过在管线上布置液位流量控制阀、快速泄压阀、组合式空气阀及管线末端阀门关闭时间的控制,有利于保证管道的运行安全。     

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。     

贵州省某高扬程供水工程水锤分析

为保证高扬程供水工程的安全稳定,基于特征线法对高扬程供水工程进行水锤计算,分析阀门拒动、不同关阀规律对高扬程供水工程的水锤影响。结果表明阀门关闭规律对高扬程供水工程水锤压力影响较大,阀门采用不同分段关闭规律时,供水工程最大水锤压力差距较大。依据水锤计算成果,选取4s-0.1-60s关阀规律,机组最大反转速、最大水锤压力均满足规范要求,沿线未出现水柱断裂。     

用质量波动方程和水击波方程相结合的方法求解水轮机和调压室的过渡过程

本文介绍了水电站的调节保证计算与调压室的水力设计相结合的电算数学模型,即先用特征线方程加上连续方程、机组惯性方程和综合特性曲线(或全特性曲线)数据,求解机组过渡过程,然后以压力钢管内的流量变化过程为时间的已知函数,用质量波方程加连续方程求调压室内的水位波动。以此编制的计算机程序用IBM微机就可方便地对导叶关闭(或开启)规律和调压室型式、尺寸等进行优化设计。计算精度和速度远高于传统的调保计算方法和调压室的图解法。     

溪洛渡水电站技术供水系统管道水锤特性分析

通过对溪洛渡电站主变技术供水系统在不同工况下离心泵事故停泵水锤的瞬态特性进行分析,模拟计算停泵水锤发生时管道及过流部件的压力变化,并分析管道阀门的关闭规律,得出水泵控制阀小阀板关闭时间大于3 s可有效消减停泵时管路中的水锤压力。多年实际运行工况表明,该系统满足设备安全稳定运行要求。