长距离高扬程多起伏输水管道采用箱式双向调压塔等措施的水锤防护研究

论文摘要

长距离有压输水管道中易发生水柱分离与断流弥合水锤,并造成严重的水锤危害。尤以高扬程多起伏管道发生水锤事故最多,水锤防护难度最大。因此,长距离高扬程多起伏输水管道系统水锤防护问题,作为输水管道安全运行的重要课题之一,是很有必要进行深入研究的。实际工程更需要这方面的技术,为此本文主要通过箱式双向调压塔性能研究实验,对长距离高扬程多起伏输水管道采用箱式双向调压塔等防护措施进行水锤防护研究。文中阐述了水锤数值计算理论方法,并给出水泵不同工况的边界条件,以及长距离输水管道中常用的水锤防护措施的边界条件。对箱式双向调压塔性能进行了实验研究,叙述了箱式双向调压塔的结构和工作原理,实验目的、意义和实验过程,并整理和分析实验数据,画出箱式双向调压塔的性能曲线,得出结论。本文在前人研究的基础上总结了气液两相流在输水管道中的各种流态,以及流态间的转化,并对管道中气囊运动的升压问题、危害以及管道排气最佳方式进行了探讨。提出长距离高扬程多起伏管道水锤防护的重点是进行断流弥合水锤防护,对常用的水锤防护措施的结构原理、性能特点及选择的技术要点进行了说明,并提出了选择水锤防护措施时应注意的问题。根据水锤计算中常用的特征线法,结合各类边界条件建立了水锤计算的基本数学模型,应用计算机语言编制水锤防护计算的可视化程序,利用计算机进行模拟计算。本文最后,分别以兖州煤业、大连化工和榆林煤化学三条长距离高扬程多起伏输水管线为例进行了水锤防护模拟计算。根据水锤计算结果,对各种断流水锤防护措施进行了比较,验证了不同水锤防护措施在水锤防护过程中的不同效果。提出了高扬程多起伏的长距离输水工程中断流弥合水锤的最佳综合防护措施:①在水泵出口处安装缓闭止回阀;②在水泵出口汇水总管处及管线重要部位安装箱式双向调压塔等;③结合正常排气要求在管线上安装具有恒速缓冲功能的排气阀,预防含气型断流弥合水锤。望对于类似工程的水锤防护具有参考价值和借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 水锤现象综述
• 1.2.1 水锤的成因及分类
• 1.2.2 水锤的危害
• 1.3 国内外水锤防护研究综述和发展动态
• 1.3.1 国外研究综述及现状
• 1.3.2 国内研究综述及现状
• 1.3.3 发展动态
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 水锤防护计算理论方法及边界条件方程
• 2.1 水锤波的波速
• 2.2 水锤基本微分方程式
• 2.3 特征线方程式
• 2.3.1 特征线微分方程式
• 2.3.2 特征线有限差分方程式
• 2.4 边界条件方程式
• 2.4.1 离心泵的边界条件
• 2.4.2 首端水池的边界条件
• 2.4.3 末端水池的边界条件
• 2.4.4 管路内部阀门的边界条件
• 2.4.5 两阶段关闭缓闭蝶阀的边界条件
• 2.4.6 注排气阀边界条件
• 2.4.7 超压泄压阀的边界条件
• 2.4.8 调压塔的边界条件
• 第三章 箱式双向调压塔性能实验研究
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验研究的原因及意义
• 3.3 箱式双向调压塔结构及工作原理
• 3.3.1 箱式双向调压塔的结构
• 3.3.2 箱式双向调压塔的工作原理
• 3.4 实验装置
• 3.4.1 实验装置图
• 3.4.2 实验系统装置说明
• 3.5 实验过程
• 3.5.1 实验前准备阶段
• 3.5.2 实验步骤
• 3.6 数据收整理及分析
• 3.7 实验结论
• 第四章 输水管道中气液两相流特点及排气方式
• 4.1 输水管道中气液两相流的特点
• 4.1.1 气液两相流在管内的流型
• 4.1.2 输水管道中气液两相流的六种基本流态及转化
• 4.1.3 气液两相流模型的建立与应用
• 4.2 输水管道中气囊运动及其升压问题
• 4.2.1 管道中的气体来源
• 4.2.2 气囊形成的部位
• 4.2.3 气囊运动升压机理及特点
• 4.3 有压输水管道气囊的危害
• 4.3.1 显性危害
• 4.3.2 隐性危害
• 4.4 各工况压力波动分析和最佳排气方式
• 4.4.1 管道初次充水
• 4.4.2 运行阶段
• 4.4.3 停泵（或关阀）
• 4.4.4 启泵（或开阀）
• 4.5 有压输水管路对排气技术的要求
• 第五章 长距离高扬程多起伏输水管道的水锤防护措施
• 5.1 泵站防护
• 5.2 管线防护
• 5.2.1 断流弥合水锤的分类
• 5.2.2 断流弥合水锤的升压分析
• 5.3 水锤防护措施
• 5.3.1 缓闭止回阀
• 5.3.2 注排气阀
• 5.3.3 超压泄压阀
• 5.3.4 单向调压塔
• 5.3.5 普通双向调压塔
• 5.3.6 箱式双向调压塔
• 5.3.7 其它水锤防护措施
• 5.4 水锤防护措施的选择
• 5.4.1 选择水锤防护措施时应注意的问题
• 5.4.2 水锤计算需要掌握的原始资料
• 5.4.3 长距离高扬程多起伏输水管道的主要水锤防护措施
• 第六章 长距离高扬程多起伏管道水锤计算数值模拟
• 6.1 模拟计算软件的开发利用
• 6.1.1 水锤防护计算机模拟的意义
• 6.1.2 开发语言选择
• 6.1.3 系统功能分析
• 6.2 水锤综合防护的计算机数值模拟
• 6.2.1 简单管路暂态流动的计算程序
• 6.2.2 蒸汽型断流弥合水锤的计算
• 6.2.3 空气阀处空气型空腔断流弥合水锤的计算
• 6.2.4 安装其它水锤防护措施处的水锤计算
• 6.2.5 水锤综合防护计算
• 第七章 长距离高扬程多起伏输水工程实例
• 7.1 高扬程输水管线水锤计算实例
• 7.1.1 工程概况
• 7.1.2 输水管线上的数据资料
• 7.1.3 管路系统水力分析计算及防护方案选择
• 7.1.4 小结
• 7.2 多起伏输水管线水锤计算实例
• 7.2.1 工程概况
• 7.2.2 输水管线上的数据资料
• 7.2.3 管路系统水力分析计算及防护方案选择
• 7.2.4 小结
• 7.3 高扬程多起伏输水管线水锤计算实例
• 7.3.1 工程概况
• 7.3.2 输水管线上的数据资料
• 7.3.3 管路系统水力分析计算及防护方案选择
• 7.3.4 小结
• 7.4 工程总结
• 结论与建议
• 研究成果总结
• 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢