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水利工程论文-禹门口提水东扩工程二级泵站蝶阀加空气阀联合防护下水力过渡过程的数值模拟研究.doc

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水利工程论文-禹门口提水东扩工程二级泵站蝶阀加空气阀联合防护下水力过渡过程的数值模拟研究.doc

水利工程论文禹门口提水东扩工程二级泵站蝶阀加空气阀联合防护下水力过渡过程的数值模拟研究摘要随着供水距离的加大及电机制造工艺的进步,水泵机组越来越小型化、轻量化,压力管道的安全运行已经成为研究的重点。本研究通过建立水泵及空气阀边界的数学模型,基于计算机数值模拟以期优化蝶阀关闭并确定空气阀位置及数量,结合工程实例提出供水系统经济安全的运行制度。关键词供水工程水锤空气阀AbstractWithsupplyingwaterfromincreasingprogressofmanufacturingengineeringaselectricalmachinery,moreandmoreminiaturized,lightquantizationofthewaterpumpassembly,thepressureismanagedthesafeoperationofonehasalreadybecomethefocalpointstudied.Passarticleitsetupwaterpumpandairvalvemathematicsmodelofborder,becauseofthenumericalsimulationofthecomputerisinthehopeofoptimizingbutterflyvalveclosingandpositioningairvalveandquantity,combinetheprojectinstanceandproposesupportingtheriversystemoperationsystemoftheeconomicsecurityofinterconnectedsystem.Keywordswatersupplyprojectwaterhammerairvalve1供水工程水力过渡过程数值模拟研究的目的压力管路的安全运行,是设计者必须首先考虑的问题,在设计阶段,数值模拟管道过渡过程的方法不失为一种既经济又安全的方法。文章研究目的建立水泵边界、蝶阀边界、空气阀边界及运行方式边界条件的数学模型,通过计算机数值模拟优化蝶阀关闭,并结合工程实例计算确定空气阀位置,对蝶阀加空气阀的联合防护措施进行模拟,提出供水系统经济合理的运行制度。2水力过渡过程数值模拟的原理2.1特征线法的计算原理文章利用特征线法将运动偏微分方程和连续偏微分方程变换为全微分方程,用差分方法借助计算机算出任一瞬时各断面上的水力参数。设A、B和P为管道上两个相邻的断面,断面间的距离为△x。如果在t0时刻A断面和B断面处的水头H和流量Q己知,根据下列正、负水锤特征方程联立求解,即可求得t0△t时刻的管中p断面的水头H和流量Q,即A管径过流断面积。联立求解方程式1和2,即可根据管路A点和B点在t0时的已知值QA、HA、QB、HB,求出t0t时的管路P点的QP、HP值为2.2空气阀边界条件假定①空气等熵地流进流出阀门②管内气体的变化遵守等温规律③进入管道的空气留在它可以排出的阀附近④液体表面的高度基本不变,而空气的体积和管段里的液体体积相比很小。流过空气阀的空气质量流量分下述4种情况当不存在空气及水压高于大气压时,空气阀接头处的边界条件就是Hpi和Qpi的一般内截面解。当水头降到管线高度以下时,空气阀打开让空气流入,在空气被排出之前,气体满足恒定内温的完善气体方程式中V0时刻t0的空穴体积Qi时刻t0流出断面i的流量QPi时刻t流出断面i的流量QPXi时刻t0流入断面i的流量QPPi时刻t流入断面i的流量Ma0时刻t0空穴中空气的质量Ma0流入或流出空穴的空气质量流量Ma时刻t流入或流出空穴的空气质量流量。其中,Ha大气压头绝对压头r液体容重Z空气阀位置高程。3禹门口提水东扩工程二级泵站工程实例禹门口提水东扩工程位于山西省中南部,是向临汾、运城六县市新绛、稷山、襄汾、侯马、曲沃、翼城工农业以及农村生活供水的保障性给水工程。年农业供水量包括汾河生态用水8095万m3,工业供水8031万m3,总计1.61亿m3。工程干线起点位于新绛县的禹门口提水工程二级干渠光马渡槽末端,终点位于距翼城县城6km的西梁水库。其间分别设置了向襄汾原井灌区供水支线、新绛供水提水支线、侯马和曲沃分水口、汾河生态补水输水支线、侯马北庄灌区分水口、浍河灌区供水支线等。另在禹门口提水工程二级干渠桩号Q44324处,设置了向稷山汾南灌区供水支线。工程沿线共布置调蓄水库2座,提水泵站4座,主管线全长48.8km,支管线总长20.0km,输水干渠总长11.4km,支渠总长34.3km。1禹门口东扩提水工程二级泵站主要技术资料见表1。2输水管线系统长度为13.58m,管材为PCCP管,管径为1.8km,管道流量为5.065m3/s。3二级泵站工程平面示意,见图1。4水泵出口液控蝶阀资料。本模拟计算中资料取自蝶阀生产厂家提供并且常用的蝶阀的特性资料,见表2。4二级泵站水力过渡过程数值模拟的结果及分析以下所有描述全部以泵系统最不利工况进行说明,所用全特性曲线是利用BP神经网络预测的结果。1水锤波传播速度及摩阻,见表3。压力主管道水力过渡过程的数值模拟以调整播速法,计算方式上,以偏微分方程下的迭代求解进行检验,以供水泵站工程的相关技术规范为标准进行。根据设计单位提供的压力主管道钢筒混凝土管PCCP管的糙率是0.0125,由于水力过渡过程计算中采用摩阻系数,经计算得钢筒混凝土管的摩阻系数是0.0166。2泵出口阀门拒动作阀门不关闭工况。本工况反应了当出口阀门在需要关闭时无法正常关闭工况下的水泵特征量,见表4。从表4可以看出,在发生事故停泵后第29.13s,水泵开始倒流,在发生事故停泵后的第31.63s,水泵开始倒转,最大倒转转速74r/min,为额定转速的0.08倍,没有超过泵站设计规范要求的水泵倒转转速不得超过额定转速的1.2倍的要求,最大压力为195.8m,为额定压力的2.38倍,不满足泵站设计规范水泵最大压力不得超过额定压力的1.3~1.5倍的要求。为了保证水泵机组的安全,应采取其他措施以防止泵出口无阀门防护或是当阀门拒动作时,机组的长时间高速倒转,并且应采取合理措施以保证管路安全。3泵出口蝶阀优化关闭工况。在选择阀门关闭程序时,以两阶段关闭,快关角度和快关行程,慢关角度和慢关行程来控制管道的压力和水泵机组的倒转转速。计算的最优关阀结果见表5。由计算结果可见,蝶阀有效遏制了水泵机组的倒转现象,但同时也必然加剧了水泵出口的压力升高,二级泵站同型号并联泵同时停泵时泵出口最大压力为稳态时的179.1,达到147.2m。最大压力将接近管道压力等级,最小压力也接近汽化压力,应注意加固保护,可以通过安装进排气阀来实现。4泵出口蝶阀加排气阀联合防护工况。长输水管路的凸起处在停电和停泵后水压常常降到蒸汽压力以下,引起液体局部汽化产生空泡,出现水柱拉断现象

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