水锤效应模拟仿真及防护
管道系统中的水锤及其防护研究
管道系统在工业、化工等领域中的应用非常常见,而水锤现象又是管道系统的一种常见危害,一旦发生水锤现象,轻则带来一定的经济损失,重则会对人员的生命安全带来很大威胁,因此,需要引起足够的重视。
造成水锤的原因是多样的,比如发生了事故停泵、阀门快速关闭等,如何才能采取有效的防护措施对水锤现象进行防范,正是本文即将探讨的内容。
1 水锤现象及其危害所谓水锤现象,主要是指在突然断电或者阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生了水流的冲击波,就像是锤子敲打一样,因此叫做水锤。
通常情况下,水流冲击波会产生较大的敲打力,对阀门或者水泵等设施带来很大的破坏。
相应的,“水锤效应”主要是指在水管的内部,由于管壁光滑,水流动自如,当打开的阀门突然被关闭,水流就会对管壁以及阀门产生一个较大的压力,同时产生破坏作用,这种破坏作用就称为“水锤效应”。
水锤效应又分为正水锤以及负水锤两种,其中负水锤主要是在阀门被突然打开的状况下发生的,其破坏力并不如前者那样大。
2 管道系统中水锤防护的适用范围及防护措施2.1 水锤防护措施的适用范围在工业管道中,一般采用压力输水的形式,在输水的过程中很容易发生水锤危害,其中尤以停泵的水锤危害更为严重。
笔者根据自身经验,认为如下几种情况比较适用于采用水锤的防护措施,一是单管向高处输水,而且供水地形的高差在20米以上;二是水泵有着较大的扬程;三是输水的管线距离过程,同时管线经过的地形也较为复杂;四是输水管道内的水流速度较大;五是在自动化的泵站中阀门关闭过快。
2.2 设计过程的水锤防护措施由于设计不合理导致的水锤危害事故也经常发生,因此,需要从设计过程就开始加强对水锤防护措施的应用。
对设计者而言,首先需要对各种可能发生的水力过程进行分析,这不仅利于在设计中选择最佳方案,降低工程造价,还能够在运行中提高系统的安全可靠性。
而目前在对其分析中,主要将数值计算的方法应用在电子计算机之中进行模拟,然后再结合获取的模拟计算结果制定相应的防护措施。
舰船首尾移水系统水锤特性仿真与试验
舰船首尾移水系统水锤特性仿真与试验舰船首尾移水系统是指舰船在泊位或过闸时,利用舱内水的重力作用进行调整水平使船身平稳地上升或下降的系统。
该系统主要由水泵、水管、水箱、配水阀门和泄水口等组成。
然而,在系统运行过程中,会产生水锤现象,对系统和设备造成损坏,甚至是船舶安全事故的隐患。
为解决这一问题,需要对水锤特性进行仿真与试验研究。
本文重点介绍舰船首尾移水系统水锤特性的仿真与试验。
一、水锤现象原因分析水锤现象是由于开关放液、电机停止或泵变频调速时,机械能的消失与水流动能之间的不平衡引起的。
在移水系统中,当配水阀门在移动过程中,上游的水流的速度改变,水质也发生了改变。
根据水动力学原理,水流速度的变化、流动路径的改变和水压的变化都会引起水的振动和冲击,从而产生水锤现象。
二、水锤特性仿真研究为了更好地了解和控制水锤现象,需要对系统进行仿真研究。
仿真过程包括建立舰船首尾移水系统的数学模型,在Simulink 软件中进行仿真,并根据仿真结果分析水锤特性。
1. 建立数学模型数学模型的建立是仿真研究的关键。
舰船首尾移水系统的数学模型包括水管、水泵、水箱、配水阀门和泄水口等各个部分,各部分之间通过水流动能进行能量转化和传递。
模型中考虑了水管的压降、阀门的开启和关闭、水箱容积变化、水泵的变频调速等因素。
2. 进行仿真实验在Simulink软件中,根据数学模型进行仿真实验。
通过仿真运行,可以观察和记录系统各组件水力参数和流量变化,判断系统是否存在水锤现象。
3. 分析仿真结果根据仿真结果,可以分析系统的水压力变化、水流变化、共振频率等水锤特性,并根据结果进行系统优化和改进。
三、水锤特性试验研究仿真研究只是对系统水锤特性的理论推测,在实际运行中还需要进行试验研究,以验证仿真研究的结果并寻找更好的解决方案。
1. 建立试验设备试验设备包括一套舰船首尾移水系统和测试仪器。
建立试验设备时需要考虑系统的实际条件,设备的安全性和可靠性。
管道停泵水锤模拟分析及水锤防护措施建议
管道停泵水锤模拟分析及水锤防护措施建议摘要:本文以长距离输水管线为研究对象,建立水力分析模型,对不同运行工况下停泵水力过渡过程进行分析研究。
主要分析无防护措施停泵水锤水力模型及为消除或减小该现象而采取防护措施后的水锤水力模型。
通过对关阀时间、排气阀,水泵惯量等各种变化工况进行模拟停泵水锤分析,结果表明排气阀可以有效的降低管道负压,关阀时间和水泵惯量对管道正压有调节作用但是对管道负压的调节作用很小。
该模拟分析结果可以缩短泵站和输水管线的设计时间,优化供水工程的投资建设,为泵站和长距离输水管线的安全运行和优化设计提供技术依据。
关键词长距离输水停泵水锤模拟分析防护措施1 引言水锤分析是基于一种水中压力波传导理论的非稳态瞬变流分析技术,对于各种管路系统在水流突变状况下的安全防护具有重要意义。
对于静扬程高、距离长、管道起伏频繁、流速大的长距离输水管线系统而言,在突然停泵、启泵、关阀、开阀等过程中,由于操作不当、防护设施配置不合理或失效等原因引起管路中水流的瞬间急剧变化。
因为管道较长,管线前面的水流速度还是正常的供水流速,而水泵处的水流速度会减小直至为零,因此管线中的水柱会被拉断,产生真空负压;当管道中水柱流速下降,会在自身的重力和负压吸引力的双重作用下产生水柱撞击,形成水锤。
当这种局部压力骤升或突降超过管材、阀门、水泵等设施的承受能力时,就会造成管道爆裂、变形、水泵电机损坏等灾难性事故。
因此,对于长距离输水管线要求必须进行水锤计算分析。
当前,随着水资源短缺和地域分布不均加剧,长距离输水项目建设日益增多,且大多具有距离长、口径大的特点,随着输水距离的增大,沿途地形、地质等也呈日益复杂化趋势。
通过计算机模拟不同工况条件下的的管道压力变化,针对模拟分析结果采取相应的防护措施,确保了供水系统的安全稳定运行。
本文依托某电厂的用水管线,模拟分析了排气阀的设置,水泵的关阀时间,水泵惯量及液压气动罐位置对管线瞬变流动压力波的影响。
关于城市输配水管网中水锤现象及防护的讨论
关于城市输配水管网中水锤现象及防护的讨论关于城市输配水管网中水锤现象及防护的讨论摘要:水锤是破坏市政输配水管网的重要原因之一,科学地估计它可能带来的危害,并从设计、施工和运行三个环节采取措施,防止或减少水锤带来的损失,对保证输配水系统的平安、稳定运行具有重要的意义。
关键词:水锤;防护措施市政输配水管网是现代城市生活的命脉,因此对其供水平安性和稳定性方面的要求非常严格。
随着城市用水的日益增加,输水管道越来越多、管线越来越长,且绝大多数是有压输配水管,一旦发生事故停泵、阀门快速关闭等,将会使管道系统中水流速度突然变化而引起剧烈的压力升高和降低的水力瞬变现象,并以波的形式在管中往返传播,这种水力冲击现象因其发出的声音如锤敲击管道,所以称之为“水锤〞现象。
水锤现象是破坏管道的重要原因之一,对于它的研究最早于1858 年由Menabrea 开始进行,并由此奠定了弹性水锤的理论根底。
此后关于水锤方面的研究成果如雨后春笋,本文所分析的市政输配水管网系统中水锤的发生与开展,并科学地估计它可能带来的危害,从而及时采取措施,防止或减少水锤带来的损失,对保证输配水系统的平安、稳定运行具有重要的意义。
一.水锤的理论分析水锤现象是由于管道中水流速度突然变化而导致管道内压力变化的水力瞬变现象,管道系统中压力变化量可以由下式计算:△H=±ag△V假定水在管道中作不定常流动时,其运动方程和连续性方程如下运动方程:连续性方程:式中:H 为测压管水头;a 为水锤波传播的速度;g 为当地重力加速度;f、D 分别为管道的摩阻系数和直径;V 为管内流速;θ 为管道中心线与水平面的夹角;x、t 分别为水锤波沿管轴线传播的距离和时间。
在式中用V|V|代替V2 保证了粘性阻力的方向始终与速度方向相反。
根据以上方程就可以分析管道内发生水锤时的压力变化规律和水动力学特性。
如普通钢管的水锤传播速度a 大约为1km/s,而城市输配水管网中水流速度大约为3-4m/s,那么由式计算可知,发生水锤时,压力约为3-4Mpa,并以1km/s 的速度在管网内迅速传播,将对管道和设备造成极大的损害。
水锤的防护
水锤的定义水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力,有时会很大,从而破坏阀门和水泵。
“水锤效应”是指在水管内部,管内壁光滑,水流动自如。
当打开的阀门突然关闭,水流对阀门及管壁,主要是阀门会产生一个压力。
由于管壁光滑,后续水流在惯性的作用下,迅速达到最大,并产生破坏作用,这就是水利学当中的“水锤效应”,也就是正水锤。
在水利管道建设中都要考虑这一因素。
相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤,叫负水锤,也有一定的破坏力,但没有前者大。
电动水泵合电压起动时,在不到1s的时间内,即可从静止状态加速到额定转速,管道内的流量则从零增加到额定流量。
由于流体具有动量和一定程度的可压缩性,所以,流量的急剧变化将在管道内引起压强过压或过低的冲击,以及出现“空化”现象。
压力的冲击将使管壁受力而产生噪声,犹如锤子敲击管子一般,称为“水锤效应”。
水锤效应只和水本身的惯性有关系,和水泵没有关系。
水锤效应的危害水锤效应有极大的破坏性:压强过高,将引起管子的破裂,反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件。
当切断电源而停机时,泵水系统的势能将克服电动机的惯性而命名系统急剧地停止,这也同样会引起压力的冲击和水锤效应。
为了消除水锤效应的严重后果,在管路中需要受到一系列缓冲措施和设备。
水锤消除器水锤消除器能在无需阻止流体流动的情况下,有效地消除各类流体在传输系统可能产生的水外锤和浪涌发生的不规则水击波震荡,从而达到消除具有破坏性的冲击波,起到保护之目的。
水锤消除器的内部有一密闭的容气腔,下端为一活塞,当冲击波传入水锤消除器时,水击波作用于活塞上,活塞将往容气腔方向运动。
活塞运动的行程与容气腔内的气体压力、水击波大小有关,活塞在一定压力的气体和不规则水击双重作用下,做上下运动,形成一个动态的平衡,这样就有效地消除了不规则的水击波震荡。
水锤效应的利用水锤泵站是利用水锤压力提水的泵站,适用于山区小流量高扬程供水,由水锤泵及相应的水工建筑物组成,为山区微型水力提灌泵站的一种新型式,通常也简称它为新式微型水力站或水力站。
水锤综合虚拟仿真实验总结
水锤综合虚拟仿真实验总结一、引言水锤是管道系统中常见的一种压力波现象,会对管道系统造成严重的破坏。
为了深入了解水锤现象,需要进行虚拟仿真实验。
本文主要总结水锤综合虚拟仿真实验的相关内容。
二、实验原理1. 水锤的定义和产生原因2. 水锤的传播规律和特点3. 水锤的影响因素三、实验步骤1. 建立模型:建立管道系统模型,包括管道、阀门、泵站等组成部分。
2. 设定参数:设定管道直径、长度、材质等参数,以及流量、压力等初始条件。
3. 运行仿真:运行虚拟仿真程序,观察水锤现象的发生和传播过程。
4. 分析结果:根据仿真结果分析水锤现象的特点和影响因素。
四、实验结果与分析1. 实验结果展示:通过图表展示水锤现象的发生和传播过程。
2. 结果分析:根据图表分析水锤现象在不同条件下的特点和影响因素。
五、实验结论1. 水锤是一种常见但危害严重的压力波现象。
2. 水锤的产生原因与管道系统的结构和工况有关。
3. 虚拟仿真实验可以深入了解水锤现象的特点和影响因素,为管道系统设计和运行提供参考依据。
六、实验意义1. 通过虚拟仿真实验深入了解水锤现象,可以更好地预防和避免水锤对管道系统造成的破坏。
2. 虚拟仿真实验可以节省时间和成本,提高效率和精度。
3. 水锤综合虚拟仿真实验是一种有效的教学手段,可以帮助学生更好地理解水力学原理。
七、总结水锤综合虚拟仿真实验是一种有效的研究水锤现象的方法。
通过建立模型、设定参数、运行仿真等步骤,可以深入了解水锤现象在不同条件下的特点和影响因素。
虚拟仿真实验具有节省时间和成本、提高效率和精度等优点。
同时,水锤综合虚拟仿真实验也是一种有效的教学手段,可以帮助学生更好地理解水力学原理。
水锤效应的解读及防护资料集合(二)
行业标准:
1.给水排水设计手册 (第1册) 常用资料1.pdf
2.给水排水设计手册 (第1册) 常用资料2.pdf
相关专利:
1.【专利】一种防水锤装置及出水装置 2.【专利】限流式管网叠压供水设备 3.【专利】管网水锤消除器 4.【专利】雨淋报警阀
国际文献:
1.基于熵的最小串级控制水电管理涡轮机(en).pdf
泵站系统水力过渡过程又叫泵站水锤现象,经常发生在水泵站输水系统中。 水锤的发生无疑会给泵站系统带来灾难性破坏,给生产生活带来重大损失,
因此对泵站系统水力过渡过程的研究尤为必要。以泵站系统水力过渡过程为
研究对象,以特征线法为计算基础,借助并最终达到建立泵站系统水力过渡过程仿真平台的目的。
水锤效应的解读及防护资料集合 (二)
更新时间:2014-9-25
模拟与仿真:
1.Flowmaster:
1)高水头水电站爆破膜系统水击分析.rar 采用爆破膜代替调压井是水电站控制水击发生的一项新的技术。针对爆破膜 系统进行水击分析对于保障压力管道系统安全和完善爆破膜系统有着重要意 义。
2)基于Flowmaster的泵站系统水力过渡过程研究.rar
在长距离供水工程中, 空气阀是重要的水锤防护措施。以水锤分析为基础, 构建了空气阀的数学模型, 并结合工程实例, 通过数值模拟仿真对空气阀 在事故停泵工况下的水力过渡过程进行了计算分析。结果表明:合理设置空气 阀,可有效控制沿线负压在管道承受标准之内, 保证长距离供水工程的安全
稳定运行。
3.软起动技术在供水系统改造中的应用.pdf
在对关阀水锤的机理进行研究的基础上, 应用 MATLAB 高级计算语言平台, 对重力有压流管道部分阀门瞬时关闭情况下不同的水锤工况进行了瞬变流计
浅谈长距离供水管道防止水锤效应的理论依据和技术措施
浅谈长距离供水管道防止水锤效应的理论依据和技术措施摘要:水锤效应是长距离供水管道中常见的一种物理现象,对供水管道的安全稳定运行十分有害,造成供水管道的破坏性极大,根据防止水锤效应的模型试验和具体的案例提出了防护措施,以确保长距离供水管道正常运行。
关键词:防止;长距离供水管道;水锤效应;措施我国的水资源分布极不均匀,就近取水己不能满足工业企业迅速发展的需要,为了确保供水,长距离供水管道也越来越多,而长距离供水其间的地形起伏较大,供水管道高差突变的情况很常见,系统突然停泵或阀门快开、快关等某种原因,供水管道内的压力发生剧烈波动,从而造成供水管道爆裂或凹瘪破坏,将严重影响供水系统的正常运行和人民的生命财产安全。
1. 水锤产生的条件和危害供水系统突然启、停泵或阀门快开、快关,单管道向20米以上的高处供水,补给水泵的扬程或工作压力过高,供水管道过长和供水管道中的水流速度过大,地形起伏变化大造成供水管道高差突变等因素都容易产生水锤效应。
供水管道内的压力大幅度波动,瞬间可能达到正常工作压力的几倍甚至几十倍,压力大幅度波动时引起供水管道剧烈振动;或供水管道压力降低,供水管道内水倒流造成水泵反转直至水淹泵房、泵房内的设备遭到破坏、供水管道接口处断裂或爆管,破坏性极大。
2. 水锤效应的模型试验2.1 优化设计的理论依据建立数学模型对防止长距离供水管的水锤效应进行优化设计提供了理论依据,以有压供水管道的运行时间和供水管道长度为自变量、压力和流量为因变量,建立的运动方程和连续方程是一对双曲线偏微分方程,加之计算机的出现和计算数学的迅速发展,将上述非线性双曲线偏微分方程沿其特征线变换成四个常微分方程,然后在变换成差分方程并配以各种边界条件可以联合求解。
基于以色列伯尔梅特公司在产生水锤效应分析方面的实践经验与成熟的数学模型并结合纳雍电厂二厂供水系统建立的数学模型和计算方法进行水锤分析。
目前无法求得闭合解,而施耐德提出的图解法计算方便,概念清晰,2.2 计算水锤效应的原始资料和数据纳雍电厂二厂供水系统的水锤分析按照6×300MW机组所需补给水量进行计算,升压泵房至二厂清水池之间的给水管道长为8225m,其间的地形起伏较大(补给水管线沿线纵断面布置详见图1),距升压泵出口7615m处为供水管道的制高点,高差为189m,之后至厂区清水池的供水管道长度为610m,连续下降的高差为43.5m。
管道系统水锤防护措施
管道系统水锤防护措施在泵房及管道系统安装完毕,往往会发现在系统运行时,当在停泵、停电的一刹那,管道系统会有一个很大的水的冲击力,冲击着水泵、阀门和管路,有的可能水击很轻,但有的却很严重,更甚者会产生严重的质量事故,例如:阀门阀瓣、水泵叶片、管道系统等被水击击碎、击破,这种破坏就是水锤导致的,在国外工程中我们也遇到过这样的现象。
一、什么是水锤现象?水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力,有时会很大,从而破坏阀门和水泵。
水锤效应”是指在水管内部,管内壁光滑,水流动白如。
当打开的阀门突然关闭,水流对阀门及管壁,主要是阀门会产生一个压力。
由于管壁光滑,后续水流在惯性的作用下,迅速达到最大,并产生破坏作用,这就是流体力学当中的水锤效应”,也就是正水锤。
在供水管道建设中都要考虑这一因素。
相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤,叫负水锤,也有一定的破坏力,但没有前者大。
电动水泵机组突然停电或启动时,同样也会引起压力的冲击和水锤效应。
这种压力的冲击波沿管道传播极易导致管道局部超压而造成管道破裂、损坏设备等,故水锤效应防护成为供水工程关键性的工艺技术之一。
二、水锤产生的条件1、阀门突然开启或关闭;2、水泵机组突然停车或开启;3、单管向高处输水(供水地形高差超过20米);4、水泵总扬程(或工作压力)大;5、输水管道中水流速度过大;6、输水管道过长,且地形变化大。
三、水锤效应的危害是什么?水锤引起的压强升高,可达管道正常工作压强的几倍,甚至几十倍。
这种大幅度的压强波动,对管路系统造成的危害主要有:1、引起管道强烈振动,管道接头断开;2、破坏阀门,严重的压强过高造成管道爆管,供水管网压力降低;3、反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件;4、引起水泵反转,破坏泵房内设备或管道,严重的造成泵房淹没,造成人身伤亡等重大事故,影响生产和生活。
北方某取水工程水锤计算及水锤防护建议
北方某取水工程水锤计算及水锤防护建议摘要:本文采用计算机模拟北方某城市取水工程的停泵水锤工作情况。
并根据模拟结果,提出了泵房和输水管线设计中应注意的问题以及停泵水锤的防护措施。
关键词:水锤计算水锤防护1. 取水工程基本情况北方某市引黄工程取水泵房设计建设于黄河岸边,一期设计最大取水流量3.36m3/s(两大一小三台水泵并联运行)。
原水输水管道总长度为2731.07m,分别为DN1600钢管(L=640m)和球墨铸铁管(L=2091.07m),起点(吸水井最低水位500.0m)与终点(稳压井堰上水位587.3m)的最大几何高差为87.3m。
整个输水管线纵坡从泵房至水厂呈较为均匀的上升,平均坡度为2.76%,其中在0+640号和2+140号桩的纵坡有一定的变化;在平面走向方面,有三个转折点,其Gy1、Gy2和Gy3的转折角度分别为153°、118°和134°。
该取水泵房(一期)设计配备四台水泵,具体参数如下表所示:运行状况:夏季2大(同1+异1)+1小(同1),最不利情况冬季2小(同1+异1)+1大(同1)2. 主要技术参数根据水泵和电机制造厂提供的设备参数,主要设备的转动惯量如下:3. 水锤计算数学模型和方法根据GB/T-50265-97《泵站设计规范》第9.3条规定:有可能发生水泵危害的泵站均应进行事故停泵水锤计算。
…在初步设计阶段和施工图阶段,宜采用特征线法或其它精度比较高的计算方法进行计算。
水锤计算的特征线法的基本原理就是按照弹性水拄理论,建立管道瞬变流(水锤)过程的运动方程和连续方程(这两个方程是双曲线族偏微分方程)。
经过简化求解,得到水锤计算最重要的基础方程。
这个方程组的基本意义是管路系统中任何一点的压力和速度与直接波和反射波的相互作用有关,而直接波和反射波的传递在坐标轴中的表现形式为射线,即特征线。
将上述基础方程经过转换成为便于计算机计算的的特殊方程就可以通过计算机模拟各种工况下的水锤情况。
如何防范水锤现象
如何防范水锤现象水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤。
水流冲击波来回产生的力,有时会很大,从而破坏阀门和水泵。
塑胶管道在安装完毕后通常须通水试压,在试压时需要一个重要的步骤:将管道内的空气排放干净,否则通水试压会引起水锤,导致管道破裂。
那么水锤是怎么出现的?如何引起及防范呢?水锤是怎么出现的当打开的阀门突然关闭,水流对阀门及管壁,会产生一个压力。
由于管壁光滑,后续水流在惯性的作用下,迅速达到最大,并产生破坏作用,这就是流体力学当中的“水锤效应”,也就是正水锤。
在供水管道建设中都要考虑这一因素。
相反,关闭的阀门在突然打开后,也会产生水锤,叫负水锤,也有一定的破坏力,但没有前者大。
电动水泵机组突然停电或启动时,同样也会引起压力的冲击和水锤效应。
这种压力的冲击波沿管道传播,极易导致管道局部超压而造成管道破裂、损坏设备等,故水锤效应防护成为供水工程关键性的工艺技术之一发生水锤的原因与防止措施:(1)管线内空气未能排出易产生水锤。
管线有高低起伏之状况,管线较高之位置,容易积存空气,因空气受压后体积会被压缩变小,但内压会大幅度的增加将会产生水锤。
防止措施:在管线较高之位置要装设「自动排气阀」,则自动排气阀之上方有浮动球,当水未达满管或没有水时,浮球会自动掉落,空气可由此孔排出,当管内有水,此浮球会浮起,满管时此浮球就会浮上堵塞上方之圆孔,上述功能可排出管内高处遗留的空气,以防止水锤的发生。
(2)通水时制水阀(Valve)打开过大,排气不及亦易产生水锤。
当管线配管完成要通水,而制水阀打开过速、过大,导致排气不及,空气大量遗留于管内,再加过大的水流冲击,将会产生水锤。
防止措施:通水前各排气阀都要打开,以利排气,要通水时,制水阀打开不可过速、过大,使空气能顺利排出为原则。
当排气阀有水流出,则表示水已满管始可予关闭。
由上述之水锤防止措施就是管线内空气要彻底的排除,另通水时制水阀的操作,不宜打开过大、过速为关键之问题。
水锤防护措施的设置课件
在施工过程中,应严格遵守相关规范 和标准,确保施工质量符合要求。
定期对设备进行检查和维护,确保其正常运行
制定定期检查和维护计划,对 设备进行定期检查和维护。
在检查过程中,应注意观察设 备的运行状况,及时发现并处 理潜在的问题。
在维护过程中,应对设备进行 清洁、润滑、紧固等操作,确 保其正常运行。
在使用过程中注意观察和记录数据,及时发现问题并进行 处理
智能化发展
随着科技的不断进步,水锤防护 措施将向智能化方向发展,通过 引入先进的传感技术和数据分析 技术,实现对水锤现象的实时监
测和预警。
多样化防护措施
针对不同类型的水锤现象,将开 发出更多种类的水锤防护措施,
以满足不同管网系统的需求。
绿色环保
未来水锤防护措施将更加注重环 保和节能,采用环保材料和节能
水锤的冲击力可能超过管道的承受能力, 导致管道破裂,从而造成水患和维修困难 。
设备损坏
水压不稳
水锤对阀门、泵等设备也会产生冲击力, 可能会导致设备的损坏,增加维修成本。
水锤现象会导致水压出现不稳定的波动, 影响用户的正常用水。
02
水锤防护措施的重要性
保障管网系统安全稳定运行
水锤发生时会对管网系统产生冲击和振动,可能造成管道破 裂、阀门损坏等问题,影响整个系统的安全稳定运行。采取 水锤防护措施可以有效减轻和避免水锤对管网系统的损害, 保障系统的正常运行。
01
02
03
保障管网系统安全
水锤防护措施能够有效地 防止水锤现象对管网系统 造成的破坏,保障管网系 统的安全稳定运行。
提高ห้องสมุดไป่ตู้水效率
通过合理设置水锤防护措 施,可以减少水锤对供水 设备的影响,提高供水效 率。
水锤综合虚拟仿真实验总结
水锤综合虚拟仿真实验总结一、介绍水锤现象是指当液流在管道中发生突然阻塞解除时,产生的压力冲击现象。
在工程实践中,水锤问题可能导致管道或设备的损坏,因此对水锤现象进行研究和仿真实验非常重要。
本文总结了水锤综合虚拟仿真实验的相关内容。
二、水锤综合虚拟仿真实验概述水锤综合虚拟仿真实验是一种通过计算机模拟的方式,对水流运动和水锤现象进行研究的方法。
该方法可以有效地模拟管道系统中复杂的水流动态。
2.1 实验目的水锤综合虚拟仿真实验的主要目的是研究管道系统中水锤现象的发生机理,并提供相应的防控措施。
通过仿真实验可以对不同条件下水锤的影响进行评估,为工程设计提供参考依据。
2.2 实验内容水锤综合虚拟仿真实验包括以下内容: 1. 建立管道系统的几何模型; 2. 设置初始条件,包括水流速度、液体密度等参数; 3. 应用数值方法,对管道系统中的水流进行模拟计算; 4. 监测和记录模拟计算过程中的重要参数变化; 5. 分析和评估水锤现象的发生机理和影响; 6. 提出防控措施,减少或避免水锤现象的发生。
三、水锤综合虚拟仿真实验步骤水锤综合虚拟仿真实验主要包括以下步骤:3.1 管道系统建模首先需要根据实际工程情况,建立管道系统的几何模型。
可以使用计算机辅助设计软件进行三维建模,包括管道的长度、直径等参数。
3.2 设置初始条件在仿真实验中,需要设置初始条件,包括水流速度、液体密度、管道材料等参数。
这些参数将影响水锤现象的发生和发展过程。
3.3 模拟计算通过应用数值方法,模拟计算管道系统中的水流运动过程。
可以使用计算流体力学(CFD)软件进行模拟计算,如FLUENT等。
3.4 监测和记录参数变化在模拟计算过程中,需要实时监测和记录重要参数的变化,如水压、流速等。
这些参数的变化将反映水锤现象的发生和发展情况。
3.5 分析和评估结果通过分析和评估模拟计算的结果,可以了解水锤现象的发生机理和影响。
可以绘制曲线图、散点图等方式展示结果。
水锤分析及其模拟
王艳城市水部门,DHI中国介绍•水锤是有压管道中的非恒定流现象。
当有压管道中的阀门突然开启、关闭或水泵因故突然停止工作,使水流流速急剧变化,引起管内流速和压强发生大幅度交替升降。
这种水流现象叫作水锤。
什么是水锤?•压强升高过大,导致管路因强度不够而破裂;水锤的危害•负压过大容易发生气蚀,水泵运行产生振动;•压强的波动造成机组运行不稳定,供电质量下降。
水锤的特点•整个变化过程是很快的;•以弹性波的形式沿管道传播,水锤波将逐渐衰减;•发生波的反射。
•延长阀门或水泵关闭或开启的时间;•安装排气阀或气室;•设置调压室;•减小管道中的流速•……水锤的防护措施DHI为供水系统中的水锤提供以下解决方案:•阀门的启闭•设计气室的大小•断电事故分析•供水系统水源切换•排气阀优化布置•……以上解决方案可以有效降低水锤产生的过大压力,防止压力过低发生气蚀,降低水锤对管道造成的危害案例分析•关阀水锤•水源切换•水泵断电事故•气室设计•排气阀优化布置案例二:挪威水锤项目——水泵故障输水干管梅尔许斯(挪威)供水系统,转输流量50L/s 特隆赫姆(挪威)供水系统,转输流量750L/s泵站水泵发生故障案例二:挪威水锤项目——水泵故障分析管路压力的变化情况案例二:挪威水锤项目——水泵故障在输水干管末端加一个80m3气室,再次分析压力变化情况案例三:Ollgaard项目——排气阀优化布置案例:上图为一输水系统,沿线布置了若干排气阀,分析加排气阀前后压力的变化情况案例三:Ollgaard项目——排气阀优化布置加排气阀前、后,最高点压力时间序列对比案例三:Ollgaard项目——排气阀优化布置没有加排气阀,纵剖面图压力变化情况案例三:Ollgaard项目——排气阀优化布置加排气阀后,纵剖面图压力变化情况总结DHI针对各类水锤问题提出有效的解决方案,具有比较明显的咨询优势,如:•分析关阀水锤,提供关阀建议;•提供水源切换时的关阀方案;•分析水泵断电事故时压力对管路的影响;•通过设计气室,避免管道产生过高或过低的压力•通过优化排气阀的布置,避免关阀产生强烈水锤谢谢!。
输水水锤防护措施的数值模拟研究的开题报告
输水水锤防护措施的数值模拟研究的开题报告一、研究背景输水管道在正常使用中,由于管道阀门操作、管道介质流速变化等原因,往往会出现水锤现象。
水锤是由于管道内流体的惯性和弹性作用所引起的一种瞬时反向流现象,其可能引起管道水力冲击、管道破裂等严重后果。
因此,如何减小水锤现象对输水管道的危害,是当前业界面临的一个难题。
本研究将针对输水水锤现象,对输水水锤防护措施进行数值模拟研究,探究不同防护措施的效果,并为实际输水工程提供理论指导和技术支持。
二、研究内容本研究主要包括以下研究内容:1. 输水管道水锤现象的数学模型建立。
2. 采用数值分析方法,对水锤现象进行数值模拟分析。
3. 对比分析不同防护措施的效果,包括隔离阀、缓冲罐、减压阀等。
4. 基于数值模拟结果,制定具体的防护方案,并对方案的可行性进行评估。
5. 结合实际输水工程,对研究成果进行检验和应用。
三、研究方法本研究主要采用以下方法进行:1. 建立输水管道水锤现象的数学模型,包括水动力学模型、流体的状态方程及运动方程等。
2. 采用数值模拟方法(如CFD等),对水锤现象进行模拟,并进行数值分析。
3. 基于模拟结果,对比不同防护措施的效果,并制定具体的防护方案。
4. 将数值模拟结果与实际数据进行对比,并对防护方案的可行性进行评估。
四、研究意义本研究对于实际输水工程具有重要的实践意义:1. 为输水工程提供技术指导和技术支持,改善输水工程的安全性和工程质量。
2. 为科学防范水锤现象提供理论依据。
3. 探究不同防护措施的效果,为输水工程提供防护措施的选取参考。
4. 提高输水工程的建设水平,促进输水工程发展。
五、预期成果本研究的预期成果包括:1. 输水管道水锤现象的数学模型建立。
2. 对水锤现象进行数值模拟分析,并制定具体的防护方案。
3. 对防护方案的可行性评估,并为实际输水工程提供技术支持。
4. 学术论文和相关的公开出版物。
六、研究计划1. 总体规划:预计研究周期为12个月,按以下时间节点开展研究计划。
水锤效应的解读及防护资料集合(一)
5.工业管道水锤现象剖析.pdf
2003年威钢电厂在对机组实施停机过程中,当停运两台循泵中的
锤特性进行了研究,基于水锤特征线方法建立了包含无负压供水
泵站的跨海输水管路的全线水锤计算模型,对输水系统的启动、
水泵停机等进行了数值模拟,并比较了相同情况下常规调压塔和
无负压泵站的水锤防护特性。
4.水锤载荷作用下管道变形及动态应力.pdf
采用基于流构耦合的有限元方法模拟了管道内三维水锤现象发生
的过程及管壁的动态响应。在考虑流体与管道结构体相互作用的
一台时,另一台突然跳闸(原因不明),为防止汽缸排汽温度过
高而引起缸体热应力的变化, 运行人员立即做出反应, 开启两 台循泵中的一台循环泵。 此时高压水冲击并通过开启的出口阀,
瞬间击中凝汽器, 导致了 “水锤” 事故。
工程中的水锤应用案例:
1.李家河水库压力输水管道水锤防护分析与研究.pdf 水锤防护是长距离压力输水工程安全的关键问题,采用特征线法 对李家河水库压Байду номын сангаас输水系统进行水力过渡过程计算;分析了在相 同历时关闭和开启管道末端阀和中间阀的水锤升压降压幅度变化 , 提出了操作管道中间阀门是水锤防护措施最优方案,为设计提 供依据。
2.水泵全特性曲线误差分析及其对停泵水锤计算的影响研究.rar
随着长距离输水工程的迅速发展和爆管事件的频繁发生,水锤分
析计算及其防护也得到了工程技术人员的重视,在水锤计算的众
多方法中,电算法一特征线法是近年来应用最普遍的一种方法。 它的基础也是水锤基本微分方程式,借助于特征线,将该基本方 程转化为便于计算机运算的有限差分方程式。因此,在停泵水锤 分析计算中,对水泵全特性曲线的研究是很重要的。
输水管道工程水锤效应模拟仿真及防护
输水管道工程水锤效应模拟仿真及防护作者:刘先念来源:《中国科技纵横》2010年第14期摘要:水力过渡过程是大型输水管道工程运行维护管理中常见的现象,一旦引发水锤,会导致不必要的经济损失甚或人身危害。
本文结合实例进行了水力过渡过程的数值模拟及水锤防护策略的制定,以期防患于未然,为工程设计、维护人员提供水锤问题的分析和处理思路。
关键词:大型输水管道工程水力过渡过程数值模拟水锤防护随着系统需求的不断增大,大型输水管道工程的管道系统越来越复杂,分支繁琐,附件众多。
管道系统靠泵传输动力,阀控制管路流量,不规范地启停泵、阀或发生管路堵塞(包括汽泡堵塞)或泄漏等事件,系统进入水力过渡过程。
如何采用合适的水锤计算方法数值模拟管道系统水力过渡过程,以制定相应的水锤防护策略,将水锤危害降到最低,对确保工程安全显得尤为必要和重要。
1 管道系统水力过渡过程模拟算法的确定对管道系统水利过渡过程进行数值模拟是水锤分析的需要,而数值模拟结果则为水锤防护策略制定提供了基础依据。
所有的管道系统水力过渡过程的数值模拟方式都是从基本方程(运动方程和连续性方程,偏微分形式,本文不列出)入手,然后加上不同的限制性假设,从而得到不同的水锤计算方法,如算术法、图解法、特征线法、隐式法、代数法等。
代数法实际上是特征线法的一种变换形式,只是将时间加入了特征线方程,在同一时间增量可解算多条管道,因而不需考虑管道顺序,再加上该法无需计算管道内点,因此在计算时间上在当时较特征线法经济,但其缺点也是显而易见的,首先,因一个方程涉及多条管道,摩擦项计算就不那么精确。
其次,大量的索引很容易输入错误,而若管道内点发生水锤现象,又需增加普通节点数,从而需重新建立索引。
第三,因不考虑管道内点间相互影响,只适于管道内点瞬态值连续传递即管道内点不发生液柱分离现象的场合,因此在应用范围上受到了限制。
综合考虑,本文选定特征线法作为数值模拟管道系统水力过渡过程的计算方法。
水锤效应的预防措施
泄放阀设置在可能产生高压波的地点,即首站和中 间泵站的出站端、中间泵站和末站产生水击时,由管道控制中心迅速向上、 下游泵站发出指令,上、下游泵站立即采取相应保护动 作,产生一个与传来得水击压力波相反的扰动,两波相 遇后,抵消部分水击压力波,以避免对管道造成危害。 超前保护是建立在管道高度自动化基础之上的一项自动 保护措施。
当管道末站阀门因误操作而全部关闭时,上游各泵 站当即接受指令顺序全部关闭。某一中间泵站突然关闭时, 则指令上游各泵站按照调节阀节流、关闭一台输油泵、关 闭两台输油泵……的顺序动作,同时指令下游泵站也按照 上述顺序动作。
如果泵站装备调速输油泵机组,在调节阀节流与关闭一 台泵两种动作之间,尚可增加调速泵机组降速运转动作。 上述上、下游泵站调节阀的节流幅度,根据水击分析结果 确定。当各泵站采取的动作已达到水击分析结果所定压力 与流量要求时,即不再继续执行下一步保护动作。
3. 泄放保护
泄放保护是在管道的一定地点安装专用的泄放阀,当 出现水击高压波时,通过阀门从管道中泄放出一定数量的 液体,从而削弱高压波,防止水击造成危害。
常见管道系统水锤与防护
水资源浪费
水锤会导致大量的水资源 流失,给供水系统带来负 担。
环境污染
水锤会导致管道破裂、阀 门损坏等,从而产生污水 泄漏,对环境造成污染。源自03常见的水锤防护措施
缓闭止回阀
缓闭止回阀是一种阀门,用于防止水锤对管道系统的冲击 。当管道中的水流突然停止或减小时,缓闭止回阀可以缓 慢关闭,以减小水锤对管道的冲击力。
智能化水锤防护技术可以大大提高管道系统的安全性和稳定性,减少水锤对管道系统的破坏,并降低 人工维护成本。未来随着传感器、通信和控制技术的发展,智能化水锤防护技术将得到更广泛的应用 。
新型水锤防护材料
新型水锤防护材料是指具有优异力学 性能和耐久性的材料,用于制造管道、 阀门等部件,以提高其抗水锤冲击的 能力。
合理利用资源
在保证安全可靠的前提下,应合 理利用资源,避免浪费,降低工 程成本。
05
水锤防护的未来发展
智能化水锤防护技术
智能化水锤防护技术是指利用先进的传感器、控制技术和算法,实现水锤防护的自动化和智能化。通 过实时监测管道系统的压力、流量等参数,系统能够自动识别和预测水锤发生的风险,并采取相应的 防护措施。
02
水锤产生的原因和影响
水锤产生的原因
突然的流量变化
输水高度变化
在管道系统中,如果突然关闭或开启 阀门、水泵等设备,会导致水流速度 的急剧变化,从而产生水锤现象。
在供水系统中,由于地形高差或水泵 扬程的变化,会导致输水高度发生变 化,从而产生水锤。
流体不稳定性
管道中的流体在正常流动时,如果遇 到阻碍或拐弯,会产生压力波动,当 压力波动过大时,就会形成水锤。
安全可靠的原则
安全防护措施
在设计和施工过程中,应采取必要的安全防护措施,如设置安全阀、压力传感器等,以保障管道系统 的安全运行。
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图 4 管线水头变化
图 7 水泵转速变化
图 5 水泵转速变化
图 8 泵站压力变化及高点压力变化
图 6 水锤液位变化 结论: 从仿真结果可以看出, 初步方案有点保守, 防水锤措施可以 进一步进行优化, 同时, 从成本上考虑可以降低建设成本。 2.3 对初步方案的优化处理 初步方案中的转动惯量为 1500kgm2 的飞轮, 如果在保证结构尺 寸, 重量非常大, 结构尺寸也会比较特殊, 同时导致泵房结构尺寸有较 大的调整。而且, 高速运转情况下, 对飞轮的动平衡特性要求较高。因 此, 通过对初步方案的深入研究, 试图找到一种更为经济, 合理的方法 以消除水锤的影响。因此, 对假设条件做进一步的优化, 取消了飞轮而 用消水锤罐进行替代: 在设置飞轮的泵站, 改用水锤罐, 参数如下: 体积: 118m3 直径: 4.2m 高度: 8.5m 初始液位: 4.5m
5.材 料 要 求 : a.环氧பைடு நூலகம்脂采用 E- 44#( 旧称 6101) , 其软化点为 12~20℃、环氧值 ( 当量 /100g) 为 0.41~0.47, 为淡黄色至棕黄色粘稠透明液体。 b.乙二胺: 纯度大于 70%, 为无色透明液体。科
● 【参 考 文 献 】
[ 1] 《公路桥涵施工手册》. [ 2] 《公路桥涵施工规范》.
图 9 水锤罐液位变化 3.结论 本文结合工程实例, 利用计算机仿真技术, 通过对几种防水锤方 案的研究, 对比分析, 探讨最佳方案。实践证明, 优化后的方案在工程 实践中取得了良好的运行效果, 并取得了良好的经济效益。科
● 【参 考 文 献 】
[ 1] 徐藤记.建筑给水系统水锤防护.《山西建筑》, 2007 年 17 期. [ 2] 李艳霞.水锤的起因与预防.《山西建筑》, 2003 年 03 期. [ 3] 李良庚.泵站水锤防护.《机电设备》, 2005 年 01 期.
本文结合具体工程情况, 并结合仿真技术对水锤效应进行有针对 性地研究, 以期对水锤效应进行深入地研究。
2.概 述 目前, 工业及民用建筑对水锤效应采取的防范措施主要有: 消水 锤罐、缓闭止回阀以及飞轮等方法。这其中, 消水锤罐及缓闭止回阀的 应 用 尤 其 广 泛 。尤 其 是 高 层 民 用 建 筑 给 水 及 消 防 水 的 应 用 上 。本 文 主 要通过飞轮及消水锤罐的对比分析上, 进行研究。这两种方法各有优 缺点, 但是, 飞轮的应用主要涉及到泵房的结构尺寸限制, 对于泵房外 场地比较充裕的地方多采用消水锤罐的方式。 本 例 是 某 污 水 处 理 厂 对 于 水 锤 现 象 的 仿 真 模 拟 计 算 。通 过 对 整 个 系统的仿真, 目的是能够正确选择泵站的防水锤措施 ( 比如消水锤 罐) , 以降低水锤对机电设备、管网的破坏。本例仿真是基于最恶劣的 情况下进行的, 即最大数量的水泵在运行时出现失电现象。同时, 其它 原因引起的水锤影响忽略不计( 如阀门快速关闭) , 因为与突然失电情 况相比, 此影响要小得多。 研 究 的 目 标 就 是 来 确 定 在 失 电 情 况 下 的 各 个 极 端 值 。计 算 将 验 证 以下各项: √排水管的最大/最小压力 √消水锤罐/飞轮的尺寸 √管道容许压力: √最大压力 10bar √最小压力 - 0.1bar 首先, 本文对于没有任何防水锤措施的情况( 零态) 进行计算分 析, 然后对初步方案措施进行分析, 找出优缺点, 最后, 对初步方案进 行优化处理。 2.1 零态研究( 无任何防水锤措施)
计算结果如图所示:
图 2 管线水头变化
图 3 水泵转速变化 2.2 初步方案仿真 在初步方案中, 在 一 个 泵 站 拟 采 用 飞 轮 ( 转 动 惯 量 为 1500kgm2) , 另一个泵站选用 150m3 消水锤罐进行防止水锤效应的方案。 假设条件: 与零态研究相比, 增加下述假设条件, 其它输入条件保持不变。 1) 飞轮: 在每台水泵上各安装一个转动惯量为 1500kgm2 的飞轮。 2) 消水锤罐: 体积: 150m3( 气 50m3, 水 100m3) 直径: 4.2m 高度: 11m 初始液位: 8.25m 出口管径: DN500 结算结果: 当失电发生时, 由于飞轮惯性, 水泵不会立即停止。计 算结果周期为 600 秒。从图中可以看到, 流量减少经历了很长时间。流 量和压力的突变并没有出现, 水锤效应也没有出现。从计算结果可以 看出, 初步方案防水锤措施是合适的。 总结如下: √在失电 600 秒后水泵仍然运转, 然而, 止回阀在失电 75 秒后关 闭。 √最大压力不超过正常运行压力。
图 1 管网系统图 系统图如上 假设条件如下: 1) 泵 的 进 水 口 连 接 一 个 闸 阀 ( DN600) 、止 回 阀 ( DN500) 、闸 阀 ( DN500) , 止 回 阀 为 速 闭 阀 , 因 此 , 当 止 回 阀 关 闭 时 , 只 有 较 小 的 反 向 水流。 2) 管道情况: 外径为: 1060mm 内径为: 900mm 壁厚为: 80mm 长度: 3600m 摩擦系数: 127
[ 责任编辑: 韩铭]
398
科技信息
○科教前沿○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2008 年 第 26 期
水锤效应模拟仿真及防护
于卫东 沈鹤翔 ( 上海绿地集团 中国 上海 200001)
【摘 要】本文结合工程具体实例给出了一种对水锤现象的模拟仿真计算, 并就常用的几种防水锤方法进行了计算对比。利用仿真技术, 从 防水锤效果及建设成本上对防水锤措施进行优化。
流速:
141m/s
工作压力: 10bar
3) 排气阀: 在管线上布置有若干排气阀。
计算结果: 本计算给出失电后 120 秒中的计 算 结 果 。 在 0.1 秒 的
时候失电, 并在相对短的时间内停止供水。这种突然变化导致严重的
水锤效应。压力降至大气压以下, 甚至完全真空状态( 当不考虑排气阀
时) 。
【关键词】水锤; 计算机仿真; 飞轮; 零态
1.引言 水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性, 产生水流冲击波,这一现象叫水锤效应。水锤效应的破坏力非常大, 严
重 地 会 破 坏 阀 门 和 水 泵 。在 水 利 基 础 设 施 及 超 高 层 建 筑 建 设 中 都 要 充 分考虑这一因素。近年来, 许多文献中对水锤效应的研究也做了许多 深入地研究。
[ 责任编辑: 张新雷]
●
( 上接第 453 页) 1.首先对混凝土裂缝的基层表面进行处理, 在裂 缝表面用钢丝刷将其表面的灰尘、浮渣、油垢等清除, 并沿缝用丙酮擦 洗, 晾晒干燥, 且其含水率不能大于 6%。
2.环 氧 树 脂 胶 料 配 制 称取定量的环氧树脂, 按胶料配合比加入稀释剂二甲苯与环氧树 脂均匀拌和, 待温度降至常温后, 再加入固化剂乙二胺充分搅拌就配 制成了环氧树脂胶料。配制好的环氧树脂胶料, 至加入固化剂起, 必须 在 30 分钟内处理完毕。 3.环氧树脂胶料的配合比( 重量比) : 环氧树脂: 二甲苯: 乙二胺=100: 40: 8 4.最 后 用 玻 璃 布 或 嵌 刀 将 环 氧 树 脂 胶 泥 仔 细 批 嵌 封 闭 。
397
科技信息
○科教前沿○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2008 年 第 26 期
√最小压力都高于大气压力, 大部分关键点是在最高点。 √消水锤罐的液位只降低 4mlc。
出口直径: DN500 其余假设条件保持不变。 仿真结果如图 7、图 8、图 9 所示。从仿真结果可以看出: 失电后水 泵几乎立即停止运转, 同时, 水锤罐继续补充流量。与它模拟情况最明 显的区别在于高点处的最小压力, 相比其它情况较低, 仍在可接受的 范围内。