山西省禹門口工業(yè)供水工程停泵水錘數(shù)值模擬

曹妃甸工業(yè)區(qū)供水工程輸水管線長(zhǎng),在管線上游沿地形有兩處明顯的凸部,在水泵開(kāi)、停機(jī)的水力過(guò)渡過(guò)程中有可能引發(fā)巨大的水錘升壓,特別是停電或其他原因產(chǎn)生的事故停泵可能引發(fā)水錘事故,嚴(yán)重危及供水工程的安全運(yùn)行。通過(guò)停泵水錘防護(hù)措施的比選,為確定實(shí)用可靠的水泵啟動(dòng)方案提供技術(shù)支持。

曹妃甸工業(yè)區(qū)供水工程停泵水錘防護(hù)措施的比選

應(yīng)用停泵水錘的基本理論,建立了壓水堆核電廠三回路水泵、泵出口閥、冷凝器和出水虹吸井等邊界條件的數(shù)學(xué)模型,并采用特征線法進(jìn)行求解。結(jié)合工程實(shí)例計(jì)算說(shuō)明,泵出口閥的關(guān)閉程序?qū)λN壓力的影響較大,水泵出口采用兩階段關(guān)閉液控蝶閥可以有效減小停泵水錘壓力,但其關(guān)閉程序應(yīng)在水錘數(shù)值模擬分析的基礎(chǔ)上優(yōu)化確定。

以辛安泵站供水工程停泵水錘為例，采用數(shù)值模擬的方法計(jì)算泵站4臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行工況下的管路的壓力狀況，發(fā)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)紐并聯(lián)運(yùn)行工況下發(fā)生停泵水錘時(shí)管路正負(fù)壓及水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不滿足泵站規(guī)范要求，提出了安裝兩階段液控蝶閥、增加進(jìn)排氣閥、增大機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3種防護(hù)措施保證供水系統(tǒng)安全運(yùn)行并進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果表明，僅安裝兩階段液控蝶閥時(shí)，管路最大正壓、水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速可滿足規(guī)范要求，但管路負(fù)壓仍不滿足規(guī)范要求；兩階段液控蝶閥加進(jìn)排氣閥聯(lián)合防護(hù)時(shí)，可有效改善管路負(fù)壓?jiǎn)栴}，但仍不滿足規(guī)范要求；兩階段液控蝶閥加進(jìn)排氣閥并提高機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10％聯(lián)合防護(hù)措施時(shí)，可有效改善管路正負(fù)壓?jiǎn)栴}及水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，且辛安泵站可以安全運(yùn)行。

以辛安泵站供水工程停泵水錘為例,采用數(shù)值模擬的方法計(jì)算泵站4臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行工況下的管路的壓力狀況,發(fā)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行工況下發(fā)生停泵水錘時(shí)管路正負(fù)壓及水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不滿足泵站規(guī)范要求,提出了安裝兩階段液控蝶閥、增加進(jìn)排氣閥、增大機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3種防護(hù)措施保證供水系統(tǒng)安全運(yùn)行并進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果表明,僅安裝兩階段液控蝶閥時(shí),管路最大正壓、水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速可滿足規(guī)范要求,但管路負(fù)壓仍不滿足規(guī)范要求;兩階段液控蝶閥加進(jìn)排氣閥聯(lián)合防護(hù)時(shí),可有效改善管路負(fù)壓?jiǎn)栴},但仍不滿足規(guī)范要求;兩階段液控蝶閥加進(jìn)排氣閥并提高機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10%聯(lián)合防護(hù)措施時(shí),可有效改善管路正負(fù)壓?jiǎn)栴}及水泵最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速,且辛安泵站可以安全運(yùn)行。

水利工程穿河段施工,對(duì)于供水工程而言,第一要保證施工的安全性,第二要經(jīng)濟(jì)合理。禹門口東擴(kuò)供水工程穿汾河段在本工程中有著十分重要的意義,研究合理的技術(shù)方案,如期完成穿汾河段施工,對(duì)加快施工進(jìn)度,保證工程質(zhì)量,保障工程安全運(yùn)行都有非常重要的意義。文章通過(guò)該穿汾河段施工技術(shù)研究,以期為類似的工程提供借鑒。

新疆準(zhǔn)東五彩灣供水工程屬于長(zhǎng)距離、高揚(yáng)程、多起伏、兩級(jí)串聯(lián)的水泵加壓供水系統(tǒng),從控制工況開(kāi)始,以規(guī)范規(guī)定的水錘防護(hù)必須達(dá)到的要求為約束條件,分別對(duì)一級(jí)泵站與二級(jí)泵站依次進(jìn)行空氣閥設(shè)置、泵出口閥關(guān)閉程序優(yōu)化、調(diào)壓塔設(shè)置等水錘防護(hù)效果計(jì)算,最后對(duì)所有可能發(fā)生的工況進(jìn)行校核,將水錘破壞影響力降到最低。針對(duì)工程實(shí)際情況,結(jié)合停泵水錘計(jì)算,最終找出合理、經(jīng)濟(jì)、有效的水錘防護(hù)措施。自2011年10月正式通水至今,未發(fā)生過(guò)水錘事故,整個(gè)供水工程運(yùn)行情況良好。

長(zhǎng)距離輸水工程的水錘計(jì)算,已經(jīng)成為供水工程安全運(yùn)行的重要課題之一。文章以特征線法為理論基礎(chǔ),采用電算法對(duì)某供水工程管泵系統(tǒng)的水錘進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬,為該工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)及安全運(yùn)行提供必要的技術(shù)支持。

重力管道輸水方式因其對(duì)地質(zhì)條件要求不高,滲漏損失小,施工方便,造價(jià)較低,管理方便等優(yōu)點(diǎn)常作為設(shè)計(jì)者優(yōu)先考慮的方案,然而大型區(qū)域的長(zhǎng)距離重力流輸水系統(tǒng)的管路安全問(wèn)題成了供水工程安全運(yùn)行的難題。文章選擇以長(zhǎng)距離重力流輸水系統(tǒng)水錘防護(hù)作為研究方向,主要通過(guò)禹門口提水東擴(kuò)工程重力流段第三區(qū)段水錘計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為例,探討長(zhǎng)距離重力流輸水系統(tǒng)的水錘防護(hù)問(wèn)題。

工業(yè)供水工程水價(jià)動(dòng)態(tài)測(cè)算模式探討

地表水供水工程是山西省水利工程的主力軍。文中在調(diào)查地表水供水工程的設(shè)施現(xiàn)狀和現(xiàn)狀供水能力、工程效率、供水量的基礎(chǔ)上,提出工程效率偏低和供水量偏低的結(jié)論,并進(jìn)行了合理分析。

基于pipe2010:surge水力分析軟件平臺(tái),對(duì)莽山水庫(kù)供水工程供水系統(tǒng)進(jìn)行了水錘數(shù)值模擬,并以水庫(kù)至宜章縣中心城區(qū)水廠供水主管作為案例進(jìn)行分析,結(jié)果表明,設(shè)置空氣閥并且延長(zhǎng)開(kāi)、關(guān)閥時(shí)間在長(zhǎng)距離輸水工程中對(duì)于防止水錘危害具有相當(dāng)重要的意義。

文章從停泵水錘數(shù)值模擬的角度,分析了多功能水泵控制閥在停泵水錘數(shù)值模擬中如何模擬其關(guān)閉過(guò)程。

由于種種原因,黃河禹門口提水樞紐工程灌區(qū)工程進(jìn)展緩慢,到2002年底仍未達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模,而且用水隨機(jī)性大,致使樞紐一、二級(jí)站設(shè)備大量閑置,機(jī)組流量不匹配,造成水資源浪費(fèi),加大了提水成本,必須進(jìn)行機(jī)組改造。通過(guò)機(jī)組改造,不僅滿足了近期工業(yè)供水的要求,同時(shí)也滿足了農(nóng)業(yè)灌溉小流量隨機(jī)性要求。

針對(duì)雙泵并聯(lián)給水回路系統(tǒng),通過(guò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和假設(shè),建立了水錘計(jì)算的基本方程和合理的數(shù)學(xué)物理模型。構(gòu)造求解邊界條件,利用特征線方法編制水錘計(jì)算程序,對(duì)雙泵切換條件下的水錘現(xiàn)象進(jìn)行分析計(jì)算。研究結(jié)果表明,止回閥在關(guān)閉過(guò)程中閥瓣與閥座出現(xiàn)了劇烈的碰撞現(xiàn)象,系統(tǒng)管路出現(xiàn)了較為劇烈的水錘壓力波振蕩,兩臺(tái)泵交替時(shí)管道壓力波動(dòng)幅度最大。

為了實(shí)現(xiàn)水資源的綜合利用,工程上常常從現(xiàn)有水電站的引水隧洞或壓力管道取水,兼顧發(fā)電與供水的需求。本文以南水水庫(kù)供水工程為例,針對(duì)兼有發(fā)電、供水特征的輸水系統(tǒng)建立了數(shù)學(xué)模型,分析其在發(fā)電、供水以及發(fā)電+供水三種運(yùn)行工況時(shí),恒定流計(jì)算初始參數(shù)的調(diào)整方法和發(fā)電與供水兩系統(tǒng)在非恒定流過(guò)渡過(guò)程中的相互影響,探索兼有發(fā)電、供水特征的輸水系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的模擬計(jì)算分析思路與方法,為類似發(fā)電供水工程輸水系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的分析計(jì)算提供借鑒。

某核電站淡水輸水管線全長(zhǎng)38.5km,途經(jīng)河流、山巒、隧洞,有多個(gè)起伏點(diǎn)。通過(guò)水錘分析及計(jì)算,采取了在管線高點(diǎn)處設(shè)排氣吸氣閥,水泵出口設(shè)持壓泵控閥、壓力波動(dòng)預(yù)止閥等停泵水錘防護(hù)措施,經(jīng)過(guò)一年多運(yùn)行,未發(fā)生水錘現(xiàn)象。

在長(zhǎng)距離輸水工程中,管線在停電和停泵后由于水壓降低而誘發(fā)水錘現(xiàn)象,嚴(yán)懲危害管道的正常運(yùn)行,為了保護(hù)管道,通過(guò)多種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,如加大泵組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、設(shè)置空氣壓力罐、空氣閥、雙向穩(wěn)定塔等方案,最后選定在管道的沿線設(shè)置多個(gè)單向塔,通過(guò)各個(gè)單向塔的共同作用很好地解決了管道中的水錘問(wèn)題;其結(jié)果可供長(zhǎng)距離供水工程中設(shè)置單向塔方案參考。

長(zhǎng)距離多泵聯(lián)合運(yùn)行輸水管線具有流量大、揚(yáng)程高等特點(diǎn),當(dāng)突然發(fā)生事故停泵時(shí)管線會(huì)產(chǎn)生水錘,對(duì)系統(tǒng)具有很大的破壞性。為了保證輸水工程的安全運(yùn)行,有必要對(duì)事故停泵后的水錘特性和相應(yīng)的水錘防護(hù)措施進(jìn)行分析。以某輸水工程為例,運(yùn)用閥門邊界、空氣閥邊界、管道等數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合水錘理論和特征線法,分別對(duì)采用空氣閥、普通止回閥、緩閉式蝶閥及其組合等防護(hù)措施的長(zhǎng)距離運(yùn)行輸水管線的停泵水錘進(jìn)行計(jì)算和分析,得到了管道沿程的最大水頭、最小水頭線以及水泵轉(zhuǎn)速和流量相對(duì)值的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),采用空氣閥、兩階段緩閉蝶閥等水錘防護(hù)措施組合運(yùn)行,可降低管路極端壓力,保障輸水管線和水泵的安全運(yùn)行。

破壞性水錘的壓力所造成的管道和設(shè)備破損是目前長(zhǎng)距離、高揚(yáng)程輸水系統(tǒng)發(fā)生水錘事故的主要原因。內(nèi)蒙古上都電廠廠外供水工程輸水距離長(zhǎng)達(dá)60km,水泵設(shè)計(jì)總揚(yáng)程為2850kpa,全程管道輸水,采用一次升壓輸水方案。為了防止水錘破壞,該工程采用了在輸水管道沿線設(shè)置雙向通氣閥、在輸水管道控制點(diǎn)設(shè)置準(zhǔn)調(diào)壓井、在水泵出口安裝液控止回蝶閥和設(shè)置氣壓式調(diào)壓室等水錘防護(hù)措施。該工程現(xiàn)已成功投入運(yùn)行,效果良好。

禹門口提水工程一級(jí)泵站圍堰拆除的控制爆破技術(shù)

結(jié)合銀山前區(qū)熱電工程循環(huán)水泵房水錘破壞事故,介紹了水錘的危害及其防止,重點(diǎn)介紹了多功能水泵控制閥的水錘防護(hù)過(guò)程。