有压输水管道系统含气水锤防护研究

本文通过在有压输水管道系统安装空气阀对含气水锤防护进行了实验研究和数值计算。研究表明,在有压输水管道顶端安装空气阀可明显地减轻管道中的正压冲击、降低负压,安装空气阀较没有安装空气阀其最高压力降幅达84％左右、最大真空度降低60％。空气阀进、排气时的流量系数对其压力影响十分明显,在保持较高的空气阀进气时的流量系数Cin的情况下,应尽量降低排气时空气阀的流量系数Cout.     

吸气阀的定位及应用探讨

吸气阀在我国应用已久,最典型的标志性工程是国家大剧院,应用数量接近300套。但《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003,以下简称“规范”)4.6.8条规定:在建筑物内不得设置吸气阀替代通气管。众所周知,吸气阀用于排水管系内出现负压时补气,一般可设置在排水立管和卫生器具排水管部位,若规定了吸气阀在建筑物内不得设置,实质上就否定了吸气阀的存在空间。而在建筑物外设置吸气阀是毫无意义的,因为在室外单设伸顶通气管就可     

空气阀缓冲阀瓣对水锤防护效果分析

长距离输水管道为有效控制弥合水锤,空气阀在结构上应具备快速进气缓慢排气特性。为研究缓冲阀瓣孔径大小、安装位置对空气阀水锤防护效果的影响。绘制了7组不同孔径大小缓冲阀瓣,分别布置阀体上端和阀体下端。利用Fluent计算流体软件求取了空气阀进排气流量特性参数;通过Hammer水力计算软件对安装该空气阀的输水管道,进行水锤防护效果分析。结果表明空气阀缓冲阀瓣布置在阀体上端对水锤防护性能好,缓冲阀瓣通流面积与空气阀出流面积比值为0.025时,其水锤防护达到安全范围以内。     

一种新型管道全能自动保护器获专利

一种集水锤消除器、逆止阀、存水排放井、闸阀四种功能于一体的新型管道全能自动保护器最近在内蒙古自治区宁城县水利局研制成功并获专利。 该保护器安装在水泵出口处,另一端与管道连接。当泵向管道正向输水时,管道阀自动打开,解压阀自动关闭;当因事故停泵时,管道阀自动关闭,使逆向水流不冲击水泵,解压阀自动打开,使逆向水流沿解压阀管道排向水源(井),使管道不受水锤冲击,从而达到保护水泵的目的。该保护器靠法兰连接,安装简便,可在北方喷灌、引水、管灌工程等领域广泛应用。     

水轮机空化安全系数与比转速

１引言众所周知，比转速ns是水轮机的一个重要综合参数，它综合地反映了水轮机的能量指标和空化特性的好坏，因此常用它来选择水轮机．水轮机的发展趋势是，在同样水头下提高比转速ns，以增加功率而不增大尺寸，但比转速ns的提高在很大程度上受到空化系数的限制，因此考虑比转速ns与空化系数σ的关系，是选择水轮机的一个很重要的问题．在水轮机转轮流道内及在其他过流部件的局部表面上，往往会发生空化而后引起空蚀．随着水流速度的增加，压力降低，当压力下降到临界汽化压力pv时，空化初生形成空穴，当空穴被流动的水流带到高压区时，空穴…     

某穿越长江输油管道工程中河床冲刷深度计算

河道冲刷深度是过江油气管道埋深设计的关键参数，管道埋深过浅，水流冲刷有可能使管道暴露，形成安全隐患；管道埋深过大，则将造成投资浪费。以长江上某过江油气管道为例，在分析实际河道地质与水文条件的基础上，利用目前常用的河道冲刷计算公式计算了河道冲刷深度，并对计算结果进行了比较，最后依据当地的实际情况，确定了河道的设计冲刷深度。     

消能井在长距离管道引水电站的应用研究

重点研究了长距离管道引水电站调节保护在管道末端消能的措施;通过调节保护计算、模型试验验证,研究分析了引水管道末端阀前、阀后在泄放水击水头时管道内的水力特性,以及消能井的井内流态和时均压强等关键参数。其调节保护计算与水工模型试验相互验证,为消能井设计和合理性提供依据。     

长距离有压管道输水停泵水锤防护措施分析

以胶东调水工程高疃泵站至高位水池段工程为例,利用特征线法建立了输水系统管道、空气阀等数学模型,并针对泵站事故停机、阀门拒动工况,对空气阀的水锤防护效果进行了计算和分析。结果表明:在管线中安装空气阀,可有效地消除管路中的负压,防止管路中产生水柱分离。     

基于CFD的羽毛球飞行三维气流场数值模拟

针对羽毛球飞行的气流特性，首次在Gambit建模软件环境下采用布尔运算等功能，建立了以标准天然羽毛球为原型的等比例羽毛球体与其周围圆柱体范围域构成的三维模型。基于计算流体力学（CFD）理论及RNG k—ε紊流计算模型，运用Fluent软件对羽毛球飞行时周围空气流动形成的气流场进行了数值模拟计算。根据数模结果，微观地剖析了羽毛球飞行的气流特性，发现了计算域内尤其是在球托背后的球身空间内存在明显的气流特性，气流速度变化明显且具有空间环状分布特征；相对压强以球身为界“外正内负”区别明显；动压表现符合基础理论，表征类似流速分布；矢量分布清晰地展示了球身空间内的气流组织以及引起羽毛球飞行时自转的旋转气流。     

小型水电站压力管道冰——水冻胀压力探讨

小型水电站在冬季采取蓄冰、输冰、排冰运行方式时，管道内流动的水遇外界气温低于0℃的严寒情况，常可形成低于0℃的过冷水或过冷水屑团，即形成冰一水两相流状态。在这种流动状态下，由于其膨胀在纵向不受约束，对管壁不会产生大的胀压；一旦停止流动，极易迅速“固化”而成冰，体积膨胀，遇到约束便会产生足以使管道破坏的压力。文中对管道内静止的冰-水产生胀压的机理和计算方法进行探讨。     

重力流输水管道关阀水锤模拟研究

确定重力流输水管道最合理的关阀时间需要考虑如下因素:一是管道的水锤压力不要过高,防止管道破裂;二是水锤压力不要过低,严禁管道沿线出现断流弥合水锤,防止出现负压压瘪管道;三是要有利于操作方便、保护设备。以北京市某南水北调配套工程为例,选择HAMMER软件模拟管道瞬变流,分析重力流输水管道关阀过程中的水锤现象。结果表明:关阀时间越长,管道最大压力越小,最小压力越大,水流条件越好。蝶阀关闭时间为50 s时管道最大压力达169.27 m,关闭时间为500 s时管道最大压力为65.18 m。在线性关阀时间不小于200 s时,管道沿线不产生负压,且最大压力小于管道的设计压力。综合考虑保护管道、操作方便、便于管理、保护设备等因素,确定蝶阀线性关闭时间为300 s。研究成果对重力流输水管道阀门管理和保护具有参考价值。     

结点局部能量损失对管网水力计算的影响

对于管径较大、管段长度较短的管网,结点处的动量交换和局部能量损失显著影响管网中管段通过流量的计算结果。进行管网水力计算时,忽略结点处的局部能量损失或采用不变的局部能量损失系数均是不合适的。文中分别应用三种计算方法,即忽略结点处局部能量损失、采用恒定不变的结点局部能量损失系数,以及根据试验成果所得的与水流条件有关的半经验公式,针对短管段构成的管网系统进行了计算比较,管段流量的计算结果相差很大。研究结果还表明,与同一结点相接的各管段间存在显著的能量交换,因此,忽略或采用恒定不变的能量损失系数均不能正确地反映这些水流现象。     

长距离管道输水工程空气阀的配置优化设计

为研究长距离管道输水工程空气阀的配置设计思路及作用,以龙河口引水工程为例,对输水管道中重力流管段和加压输水管段分别采用理论计算和水力过渡过程计算方法进行全面分析。结果表明,在重力流管段末端设置流量调节阀且确定其启闭程序后,管段中空气阀仅需满足充水过程中排气要求即可;加压输水管段中水体汽化压力随空气阀口径增加而增大,减小空气阀口径有利于水锤防护。研究成果对于长距离输水管道空气阀配置具有一定参考价值。     

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。     

固定式锥形阀水力特性试验研究

未来水力式升船机的发展趋势是“超高升程、超大提升质量”,对控制阀门的要求很高。综合分析典型工业阀门的水力特性可知,固定式锥形阀较为适应水力式升船机的发展需要。为全面掌握该类阀门的水力特性,通过物理模型试验,对DN 150固定式锥形阀进行了系统全面的水力特性研究。成果表明,锥形阀过流能力较强、阀后流态简单、管壁压力分布稳定,但抗空化性能略差,为保证阀门及管道安全,应用需配合可靠的防空化技术。     

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。     

Valve Maneuver Prediction in Simple and Complicated Pipeline Systems

The pressure and flow variations in pipeline systems are extremely sensitive to dynamic operations of the valves. Valve control and propagation of pressure waves along pipelines and their interactions with different pipeline elements introduce pressure transients in pipeline systems. The time series of the pressure head at any designated position depends on boundary conditions such as valve maneuver as well as geometrical and material characteristics of the pipeline system. An innovative method is proposed to calibrate the valve trajectory using pressure head records. The impedance method and particle swarm optimization were integrated with decomposition of convolution between the pressure response function and time series of the valve maneuver. To validate the applicability of this study, the developed method was tested in three hypothetical pipeline systems: a simple reservoir pipeline valve, multiple reservoir pipeline valves, and a complicated pipe network. Decomposition of the transfer function in the time domain and its convolution contributed toward improving the efficiency of the developed method. The successful calibrations of valve actions demonstrate the potential of the proposed scheme as an alternative to conventional flow meters for high-resolution flow rate evaluation.

     

液体推进剂管路局部损失及瞬变流动数值模拟

在对某型号液体火箭发动机推进剂供应管路进行关机水击数值模拟的过程中,针对推进剂供应系统管路复杂,有特殊的阀门和五通等非标准元件的特点,利用Fluent模拟了非标准元件的局部流动过程,得到相应的局部流动阻力,进而应用特征线法对关机水击的瞬变流动进行数值计算,考虑了阀门关阀特性和流体汽化等各种情况,计算结果和热试车实测结果相当吻合.该文计算方法和结果可为液体火箭发动机系统安全设计提供参考,为有非标部件的管路系统水击估计提供途径.     

文丘里定风量阀的实验研究

通过对文丘里定风量阀阀芯所受的绕流阻力进行理论研究,发现绕流阻力系数是描述文丘里定风量阀阀芯在运行过程中所受绕流阻力的关键因素,进而设计了实验装置,对绕流阻力系数进行实验研究。通过对不同阀体收缩角度、不同阀芯位置的绕流阻力及绕流阻力系数的实验研究,得出了如下结论:绕流阻力系数与当量直径呈良好的幂函数关系;绕流阻力系数随当量直径的增大而减小,且随着收缩角的增大,绕流阻力系数的变化幅度增大,并且在同一位置不同风量下绕流阻力系数基本保持不变。     

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。