禹門口提水東擴(kuò)工程二級泵站蝶閥加空氣閥聯(lián)合防護(hù)下水力過渡過程

1、禹門口提水東擴(kuò)工程二級泵站蝶閥加空氣閥聯(lián)合防護(hù)下水力過渡過程的數(shù)值模擬研究    摘 要:隨著供水距離的加大及電機(jī)制造工藝的進(jìn)步,水泵機(jī)組越來越小型化、輕量化,壓力管道的安全運(yùn)行已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)。本研究通過建立水泵及空氣閥邊界的數(shù)學(xué)模型,基于計算機(jī)數(shù)值模擬以期優(yōu)化蝶閥關(guān)閉并確定空氣閥位置及數(shù)量,結(jié)合工程實(shí)例提出供水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全的運(yùn)行制度。 關(guān)鍵詞:供水工程;水錘;空氣閥 Abstract: With supplying water from increasing progress of manufacturing engineering as elec

2、trical machinery,more and more miniaturized , light quantization of the water pump assembly, the pressure is managed the safe operation of one has already become the focal point studied. Pass article it set up water pump and air valve mathematics model of border,because of the numerical simulation o

3、f the computer is in the hope of optimizing butterfly valve closing and positioning air valve and quantity,combine the project instance and propose supporting the river system operation system of the economic security of interconnected system. Key words: water supply project;water hammer;air valve 1

4、 供水工程水力過渡過程數(shù)值模擬研究的目的 壓力管路的安全運(yùn)行,是設(shè)計者必須首先考慮的問題,在設(shè)計階段,數(shù)值模擬管道過渡過程的方法不失為一種既經(jīng)濟(jì)又安全的方法。文章研究目的:建立水泵邊界、蝶閥邊界、空氣閥邊界及運(yùn)行方式邊界條件的數(shù)學(xué)模型,通過計算機(jī)數(shù)值模擬優(yōu)化蝶閥關(guān)閉,并結(jié)合工程實(shí)例計算確定空氣閥位置,對蝶閥加空氣閥的聯(lián)合防護(hù)措施進(jìn)行模擬,提出供水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行制度。 2 水力過渡過程數(shù)值模擬的原理 2.1 特征線法的計算原理 文章利用特征線法將運(yùn)動偏微分方程和連續(xù)偏微分方程變換為全微分方程,用差分方法借助計算機(jī)算出任一瞬時各斷面上的水力參數(shù)。 設(shè)A、B和P為管道上兩個相鄰的斷面,斷面間的距

5、離為x。如果在t0時刻A斷面和B斷面處的水頭H和流量Q己知,根據(jù)下列正、負(fù)水錘特征方程聯(lián)立求解,即可求得t0+t時刻的管中p斷面的水頭H和流量Q,即:  A:管徑過流斷面積。 聯(lián)立求解方程式(1)和(2),即可根據(jù)管路A點(diǎn)和B點(diǎn)在t0時的已知值QA、HA、QB、HB,求出t0+t時的管路P點(diǎn)的QP、HP值為 2.2 空氣閥邊界條件 假定:空氣等熵地流進(jìn)流出閥門;管內(nèi)氣體的變化遵守等溫規(guī)律;進(jìn)入管道的空氣留在它可以排出的閥附近;液體表面的高度基本不變,而空氣的體積和管段里的液體體積相比很小。流過空氣閥的空氣質(zhì)量流量分下述4種情況: 當(dāng)不存在空氣及水壓高于大氣壓時,空氣閥接頭處的邊界條件

6、就是Hpi和Qpi的一般內(nèi)截面解。當(dāng)水頭降到管線高度以下時,空氣閥打開讓空氣流入,在空氣被排出之前,氣體滿足恒定內(nèi)溫的完善氣體方程: 式中:V0:時刻t0的空穴體積; Qi:時刻t0流出斷面i的流量; QPi:時刻t流出斷面i的流量; QPXi:時刻t0流入斷面i的流量; QPPi:時刻t流入斷面i的流量; Ma0:時刻t0空穴中空氣的質(zhì)量; Ma0':流入或流出空穴的空氣質(zhì)量流量; Ma':時刻t流入或流出空穴的空氣質(zhì)量流量。 其中,Ha:大氣壓頭(絕對壓頭); r:液體容重; Z:空氣閥位置高程。 3 禹門口提水東擴(kuò)工程二級泵站工程實(shí)例 禹門口提水東擴(kuò)工程位于山西

7、省中南部,是向臨汾、運(yùn)城六縣市(新絳、稷山、襄汾、侯馬、曲沃、翼城)工農(nóng)業(yè)以及農(nóng)村生活供水的保障性給水工程。年農(nóng)業(yè)供水量(包括汾河生態(tài)用水) 8 095萬m3,工業(yè)供水8 031萬m3,總計1.61億m3。 工程干線起點(diǎn)位于新絳縣的禹門口提水工程二級干渠光馬渡槽末端,終點(diǎn)位于距翼城縣城6 km的西梁水庫。其間分別設(shè)置了向襄汾原井灌區(qū)供水支線、新絳供水提水支線、侯馬和曲沃分水口、汾河生態(tài)補(bǔ)水輸水支線、侯馬北莊灌區(qū)分水口、澮河灌區(qū)供水支線等。另在禹門口提水工程二級干渠樁號Q44+324處,設(shè)置了向稷山汾南灌區(qū)供水支線。工程沿線共布置調(diào)蓄水庫2座,提水泵站4座,主管線全長48.8 km,支管線總長2

8、0.0 km,輸水干渠總長11.4 km,支渠總長34.3 km。 (1)禹門口東擴(kuò)提水工程二級泵站主要技術(shù)資料見表1。  (2)輸水管線系統(tǒng):長度為13.58 m,管材為PCCP管,管徑為1.8 km,管道流量為5.065 m3/s。 (3)二級泵站工程平面示意,見圖1。 (4)水泵出口液控蝶閥資料。 本模擬計算中資料取自蝶閥生產(chǎn)廠家提供并且常用的蝶閥的特性資料,見表2。  4 二級泵站水力過渡過程數(shù)值模擬的結(jié)果及分析 (以下所有描述全部以泵系統(tǒng)最不利工況進(jìn)行說明,所用全特性曲線是利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的結(jié)果。) (1)水錘波傳播速度及摩阻,見表3。 壓力主管道水力過渡過程的數(shù)值模擬以調(diào)整播速法,計算方式上,以偏微分方程下的迭代求解進(jìn)行檢驗(yàn),以供水泵站工程的相關(guān)技術(shù)規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計單位提供的壓力