压力供水管路事故停泵时缓闭蝶阀关闭方式的优化研究

1、压力供水管路事故停泵时缓闭蝶阀关闭方式的优化研究论文导读：取得最大水锤压力的关闭时间不完全一致。缓闭蝶阀关闭时间的优化。缓闭蝶阀关闭方式的优化。缓闭蝶阀关闭方式，压力供水管路事故停泵时缓闭蝶阀关闭方式的优化研究。关键词：压力供水管路，水力计算，水锤压力，缓闭蝶阀关闭时间，缓闭蝶阀关闭方式1引言某有压输水工程共布置并列水泵7台，型号为D型三级离心泵 D720-62，额定转速1480 r/min，单台泵设计最大流量0.236m3/s，最大扬程198m，电机额定功率680KW。进入主管后，设置旁通管，安装平板式闸阀和平安泄压阀式中， 为管道流量，为水头，代表时间，为沿管轴线的轴向坐标，为重力加速度，

2、为管道断面面积，为管壁摩擦因子，为管道直径,为流体密度，式中为管道中压力波的传播速度，其应满足式，为可压缩流体的体积弹性模量，为管道壁厚，代表管道材料的杨氏模量。采用特征线方法，将双曲型偏微分方程组1和2，转化为两组常微分方程进行求解，从而求得流量和水头。3蝶阀关闭方式的优化分析3.1缓闭蝶阀关闭时间的优化此阶段优化主要是计算不同关闭时间下关闭方式为一阶段直线关闭，管路输水系统在事故停泵过程中，各段管内最大正水锤和负水锤情况，以及空化体积情况，以确定最优的关闭时间。图2为6种不同关闭时间下各段管内的最大水锤压力。从图可见，1各关闭时间下最大正水锤压力沿管线的变化趋势总体上根本一致，但局部变化存

3、在差异，尤其在主管进口段前三段和出口后二段上。2不同管段内，取得最大水锤压力的关闭时间不完全一致。如进口第一段管关闭时间为80s取得最大水锤压力，而在第三段管关闭时间为90s取得最大水锤压力，而在第10到第15段管，关闭时间为50s取得最大值。3总体来看，关闭时间为75s时，各段管内的最大水锤压力维持在相对较低的水平，尤其从第5段管以后更为明显，比起同段管内最大水锤压力值降幅到达10%左右，认为是相对合理的关闭时间。图3为6种不同关闭时间下各段管内的最小水锤压力。论文发表，缓闭蝶阀关闭方式。从图可见，1各关闭时间下最小水锤压力沿管线的变化趋势总体上根本一致。论文发表，缓闭蝶阀关闭方式。2第4、

4、5、7和8段管，关闭时间为50、70和90 s时最小水锤压力低于其他关闭时间，并已低于汽化压力，可能产生断流弥合水锤。从第17段管到22段管，各关闭时间下最小水锤压力都到达汽化压力。3总体来看，关闭时间为75s时，各段管内的最小水锤压力维持在相对较高的水平，有利于减少水体大量空化，防止断流弥合水锤的发生。图4为6种不同关闭时间下各段管内的最大空化体积数。从图可见，按照现有的管线布置，各关闭时间下，从第17到22段管，都存在不同程度的空化，但明显可以看出，关闭时间为70 s时空化体积最大，50s次之，75s时空化体积大幅降低。在第22段管内关闭时间75s时的空化体积仅为70s时空化体积的12%左

5、右。 进一步证实关闭时间75s是相对较优的关闭时间。3.2 缓闭蝶阀关闭方式的优化此阶段优化主要是在一阶段优化得出的最优关闭时间的根底上，缓闭蝶阀采用不同关闭模式下主要采用5种不同关闭模式，分别用Mode A, Mode B, Mode C, Mode D, Mode E标示，见图5，进一步比拟管内的最大和最小水锤压力，以及空化体积数，以确定最优的关闭模式。图6和图7分别为5种不同关闭模式下各段管内的最大和最小水锤压力。从图可见，二阶段关闭模式Mode E正水锤压力最大，负水锤压力最小，是相对最不利的关闭模式。其他4种关闭方式下，各管段最大正水锤压力较接近，但个别管段的负水锤压力相差较大，如第

6、8段管，关闭模式C的负水锤压力接近0，而关闭模式B的负水锤压力到达0.08MPa,又如第17段管，关闭模式C的负水锤压力接近0.06MPa，而其他三种关闭模式的负水锤压力到达0.1MPa。图8为不同关闭模式下各段管内的最大相对空化体积数。从图可见，关闭模式C下管内相对空化体积数最小，是相对较优的关闭模式。3.3管网系统的测压管水头包络线主管内最大和最小水锤水头线见图9。论文发表，缓闭蝶阀关闭方式。论文发表，缓闭蝶阀关闭方式。从图可见，沿程最大水锤水头391.747m,最小水锤水头21.1959m，沿程最大水锤压力3.44MPa,最小水锤压力接近-0.1MPa。论文发表，缓闭蝶阀关闭方式。 由于

7、管线沿程起伏变化，输水管路局部升高段的最低水头包络线低于管路中心线，如桩号5600Km到桩号6500Km管内出现真空, 当真空值超过10m水柱时，局部凸起段处水体开始空化，但由于空气阀不断翻开补气，起到抑制空化的进一步发生。论文发表，缓闭蝶阀关闭方式。3.4管网系统的空化体积曲线主管内空化体积曲线空化体积数为空化水体体积与该段管单元体积之比，本次计算管单元长度约为11m，计算单元体积7m3见图10。从图可见，管内局部段存在空化现象，最大相对空化体积数到达0.086，空化管道段数总长到达约1.0Km。由此可见，对局部凸起段，设置空气阀虽一定程度上降低管内大面积空化的风险，有利于防止断流弥合水锤的

8、发生，但由于自身容积等的限制，很难阻止局部空化的发生。4 结论通过数值模拟7台水泵并联模式运行下，水泵突然事故停机时，不同缓闭碟阀关闭时间和关闭模式下某长距离输水系统的瞬态水力学行为。主要得出如下结论：1对联合采用空气阀、泄压阀和缓闭蝶阀进行水锤防护的长距离有压输水系统，对缓闭碟阀关闭时间和关闭模式进行优化分析是十分必要的。2通过对不同缓闭碟阀关闭时间和关闭模式下各段管内水锤压力及空化体积的分析，提出最优的关闭时间为75s和最优的曲线关闭模式。计算成果还进一步证实传统的二阶段直线关闭方式并不是该工程最优的缓闭蝶阀关闭模式。3由于管线沿程起伏变化，局部凸起段处压力急剧降低，当最小水锤压力降至汽化

9、压力时，局部凸起段处水体开始空化，即理论上所为的水柱别离;现象，因此设计中采用空气阀门进、排气是合理的和必要的。但从计算成果看，尽管在相对最优的缓闭碟阀关闭时间和关闭模式下，管内仍存在局部空化现象，因此进一步优化空气阀的布置密度和位置是十分必要的，如在易空化段增加布置密度，在不易空化段降低布置密度。参考文献【1】郑源，张健.水力机组过渡过程. 北京, 北京大学出版社, 2021.【2】刘梅清，孙兰凤，周龙才，等长管道泵系统中空气阀的水锤防护特性模拟武汉大学学报：工学版，2004，37(5)：23-27【3】杨开林，石维新南水北调北京段输水系统水力瞬变的控制水利学报，2005，36(10)：1 176-1 182【4】刘梅清,冯卫民，刘志勇，等江西省九江市第三水厂水源泵站水锤计算分析及防护技术研究武汉：武汉大学。【5】杨玉思,闫明.消减断流弥合水锤及气囊运动升压的最正确方式. 中国给水排水，2006，22(4): 44-47.【6】王为民,吕宏兴,殷彦平.山西省禹门口工业供水工程停泵水锤的数值模拟. 水利与建筑工程学报，2006, 4(3