天聚娱乐-网址是多少，水利建设与管理 ·2008年第 11期 49 鏊警 麓繁蘩整藏街 蘩鬃蘩鼙麓磐鬻蘩蟹 麟静警麓黧灏豢警簇 藏蔫 李江海 (山西省 吕梁市横泉水库建设管理局 033000) 【摘 要】 本文根据水锤计算的特征线法，采用当量管道法和调整波速法的管路分段工艺，建立了基于多功能泵控阀 的长距离输水管路的水力过渡过程计算模型，并进行了计算机数值模拟研究，以确保系统的供水安全。相关成果为 山西省泉杜二级供水工程泵系统压力管路安全防护措施的确立提供了有力的技术支持。运行实践表明：多功能泵控 阀的防护措施安全可靠，可以满足工程运行的需要。 【关键词】数值模拟 泵站 压力管路 1 概 述 a．提供正常停泵和正常启动过程 (即稳态运行的工况)： 泉杜二级供水工程山西省运城市泉杜村西北约 lkm处， 水泵转速 、流量 、压力 (扬程)变化过程 ；优化多功能泵控阀 从一级干渠桩号23+300处取水，通过长232．5m弧底梯形渠 Gd745X--2．5和缓闭止回阀防护下对于该系统压力管路安全 将水引到泉杜站前池，再通过5465m长压力管路将水送到高 防护的最优关闭行程。 程 512m、540m和柳村村东小嶷山附近 550m高程。泵站设计 b．提供事故停泵 (水泵断电)时的时间特征值，即零流量 流量为 12．0m3／s，扬程 145．195m，厂内安装9台800S--160型 时间、零转速时间、最高反转时间、最大反转速度、最大倒流 水泵 ，配套 电机型号为 YKK900—6—8型，单机功率为3 量及对应的时间、最大水锤压力值和最小水锤压力值以及对 150kW，总装机 28350kW。机组采用一列式布置 ，厂房长 应的时问等。 115．3m、宽 13．5m。出水支管出厂房后并联成三根 1800PCCP e．提供事故停泵过程水泵转速、扬程、流量的变化过程 管和预应力混凝土管 ，出水池为正向出水，采用现浇钢筋混 线。 凝土结构 ，压力管道出口采用虹吸式出流，在驼峰顶上游设 d．提供出水管路压力分布状况 ，即最大水锤压力上升 通气孔断流。由于管线长，管线敷设地形复杂 ，管路输水系统 值、最低压力线。 中可能出现的水锤压力是影响工程长期安全运行的重要因 消除水锤的主要手段原设计 中采用多功能泵控阀，本研 素，系统布置图如图1所示。本研究的主要 目的如下： 究中以模拟验算确定 ，在此基础上提出合理的消除水锤的方 式。 2 多功能泵控 阀泵系统水锤计算方法的选择及计 算原理 面 水锤图解法物理概念清晰，由于作图过程多次重复，对 于布置复杂和摩阻损失 占比重较大的长管道系统，计算精度 较差[。特征线法容易满足数值计算解收敛的稳定条件，建立 各类边界条件方程 ，可考虑管道的摩阻损失及水锤方程的其 他次要项 ，该法有很高的计算精度 ，而且计算速度快 ，收敛性 好。该法第一将水锤偏微分方程组变成在特定条件下的常微 分方程；第二对常微分方程组沿其特征线积分，得到便于进 行数值计算的有限差分方程式求其数值解。 2．1水泵为边界条件下压力管道中的水力过渡过程计算 图1 泉杜二级供水工程加压泵站平面布置图 在压力管道中的水锤计算通常采用特征线、i 李江海／基于多功能泵控阀的泵系统压力管路安全防护的计算机数值模拟研究 和 i+1为管道上三个相邻的断面，断面间的距离为△ 。如果 式中， 、 、 分别为时段末水泵转速、流量、转矩和扬程 在t时刻 一1和 i+1处的水头和流量已知，则根据下列正、负 的相对值，即以瞬态值和额定值之比else。、e，、e为拟合直线 水锤特征方程联立求解 ，即可求得f+△f时刻的管中i断面的 方程的系数。 水头 和流量 ，即 e．水泵机组惯性方程 +a[tCf：QFC,- = + ( ) (6) 一 一 j (1) 式中 、B一 前时段末求出的已知相对转速和相对转矩 ； 其中 G=Q+c 一C， I I 一 惯性方程系数 ，其值为(GD2为水泵机组的转 -～ c }rCfQi+ifQ0} 动惯量) Ca：吐 一_一 ____ fat 联立求解上列所有方程式，经简化整理后得 式中： 水锤波波速 ；卜 管子摩阻系数 ；、 管子 FI= (：+)[el+ezarctan(％ )]一( + ) 过流断面积和管径。 QRvp—Q：1 I+c一c=0 (7) 如果求整条管道上不同时刻的流量和水头，则可将管道 分为若干长为△ 的管段，再求出波速a通过距离△ 所需时 (+ )[e3+e4arctan(o~ )]+ +l一 =o 间At=△ a／，当在At开始时各断面的流量和水头已知时，即 方程是含两个未知量 ％和v的非线性方程 ，采用莱福 可利用正、负特征方程求出相邻两管段中间断面在At时刻末 逊迭代法解出 和 值，然后可解出所有未知量。水锤计算 的流量和水头，如根据 i-1和 1在△ 开始时的已知值Q 采用以水泵额定工况点为依据，以最大流量工况点为校核的 日广1和Q 、H 求出i断面在△ 时刻末的流量 Q和水头值 方案，水泵的额定转速n．=970r／min，设计效率 r／=77％，电机 ；根据 i断面和 i+2断面已知值 ，求出i+1断面的水头、流 转动惯量 GD2=19．2kgfm·2。 量值。依次类推，可求出整条管道各断面在△f时刻末的流量 2．2 长距离供水工程水锤数值模拟的管道分段法 和水头值。然后再根据△ 末求得的已知值求出2At时刻末 采用特征线法一般将整条管道按水锤波平均波速 。和等 的未知值，依次再求出3At时刻的未知值 ，直至计算到所规 时段 等分为n段，等长为 ，即分段长度 =aAt，这种采 定的时间为止目。 用平均波速计算方法忽略了管道特征差异的因素，其计算误 本输入管路中装有加压泵 ，泵前后的管路断面水头和 差大。为了提高计算精度，本研究采用调整波速及当量管道 流量以及泵工作变量的确定 ，除利用特征方程外 ，尚需根 法进行 自动分段：在管道系统 中，对于不同特性(不同壁厚、 据泵的特性列出附加方程才能求得 ，在装有泵的节点处 ， 不同管材、不同管径等)的串联管道，可将特性相近的串联管 要求 的变量有 10个 ，即管路断面和泵出口断面上的 、 路作为一条管路，将其用当量管代替，当量管满足时间步长 ．，、 、 、 一 + 6个变量和泵的扬程 、流量 、转 相等条件 ，并使波速沿其传播的时问与实际管路中传播的时 速 和转矩 个变量 ，因此必需列出 10个独立方程才 问相等，水流沿其流动的摩阻损失与实际管路中摩阻损失相 能求解131。计有 等，即当量管道法。 a．特性方程。对泵出水侧断面 i+1可写负特征方程 假设第 i条管路由e条特性不同的管段组成，将其分为 l=C3+／l+ +lQ l (2) 段，则有 式中，C c 、c 、 +的意义同上。 b．水头平衡方程为 At= (Lj／e)／I~ (8) J= 1 r m= l I (3J 式中，厶、q分别为第 i条管路第 段特性管的长度和波速。 式中 、日广 泵时段末的流量和扬程； 这时，根据 逐步确定每段当量管长度和各当量管长度 — — 阀门的阻力系数。 中各特性管长度。假定第m短当量管由R种特性管组成，则 c．水流连续方程 确定当量管长度由下列两式完成： Qc+I=Qp=／@i_l=Qp (4J R R d．泵全特性 曲线拟合方程。将泵全特性曲线转换成 At=∑( )， ∑ (9) = 1 ： l ，(：+V：)一arctan(％／v,)N ／(；+V；)-arctan(％ )坐 式中 ——第m短当量管的长度； 标曲线 ，将 曲线等分段各相应值存人计算机 中，并将各段 、 — _第m段当量管中第k种特性管的长度和波速。 曲线用直线拟合，则有 当量管的波速和当量管的各参数由下面各式求得 R 11 l+ezarctan ，具 啪一O／ (5) = △ ∑( )， = ∑(厶／A) (1o) + ：+v： 李江海，基于多功能泵控阀的泵系统压力管路安全防护的计算机数值模拟研究 51 l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 = 7~／(e．Tm)，= (监2gD~4k) (11) 上二式中 、 ，_『一 当量管的波速和截面积； 、A 第m段当量管中，第 种特f生管的 直径、截面积和阻力系数； 、 _cⅢ野-一当量管的特征方程参数。 一 条管道可以如此分段，其他部分管道可以如此类推。 但为了保证整个系统管道分段具有一个相同的时问增量，还 必须对波速进行适当调整。由于影响波速的因素较多，理论 计算值与实测值之间有一定的偏差，因而，稍微调整波速值 ， 不会影响计算结果精度，即有 At= 厶 (12) 式中 f--一调整系数， 应小于0．05； _『—分段数 目。 计算中，以最短一部分管道为基础，确定出统一计算时 段长 ，其他部分管道通过当量管道法和调整波速法分段。 图2 多功能泵控阀示意图 本研究全管线波速取为平均值，应用中仅使用调整波速法自 1一调节阀；2一过滤器；3一阀体；4一微止回阀；5一阀座；6一主阀板； 动分段。 7一缓闭阀板；8一弹簧 ；9一阀杆组件 ；10一膜片及压板 ；11一膜片 3 多功能泵控阀防护的工作原理及计算边界条件的 座；12一阀盖；13一过滤器；14～控制阀 确定 多功能泵控 阀是农业供水工程 目前使用较少的一种 水力过渡过程中，当水泵处于正转正流的水泵工况下减速运 水锤防护装置。它是一种利用液压原理实现全过程 自动操 行时，管中流速减小 ，压力降低 ，在这种情况下 ，阀的关闭相 作 的新型水力阀门，能够全 自动实现离心泵开泵时的缓 当于上游端的关阀过程，此时关阀将加剧压力降低 ，但由于 开，停泵时的缓闭，能有效地防护停泵水锤的产生。该阀门 多功能泵控阀在大开度范围内，其开度系数 r的变化率很 可以同时替代电动阀、止 回阀以及水锤消除器 ，不需要任 小，故降压并不明显 ；当水流开始倒泄后，水泵逐步减速至零 何人力、电力或油压动力作为阀门的驱动力。水泵开启前， 并开始反转，此时阀的关闭相当于末端阀的关闭过程。因此， 阀后的压力水进入双室控制器的上腔 ，由于膜片控制器的 事故停泵后，阀门先快关至一定角度，以控制最大倒泄流量 压板面积大于阀板面积 ，此时阀门处于关闭状态。水泵启 和最大倒转转速；在第二阶段 ，阀门缓慢关闭至全闭，由于压 动后 ，随着泵 口的压力不断上升 ，水泵的出水一方面产生 力的升高与流速的变化成正比，慢关过程导致流速变化的增 推动主阀板打开的力 ，一方面进入膜片控制器下腔 ，使膜 量减小 ，从而到达控制最大水锤升压的目的。 片向上抬起 ，而膜片控制器上腔内的水通过外接管路与主 3 水锤计算结果及分析 阀出水 口相连而泄放 ，这样 ，多功能水泵控制阀在可控速 3．1 水锤计算结果 度下缓缓开启，从而实现水泵的轻载启动。当水泵停机后， 模拟计算结果如下：限于篇幅的限制，本文仅给出0-6 该阀中的介质流速逐渐降低 ，当接近于零时，与阀杆滑动 断面的计算成果。多功能泵控阀条件下的水锤计算成果见 配合的主阀板在 自身重力的作用下迅速下滑关闭，主阀板 表 1、表 2。 上留有泄流孔以减弱水锤冲击力 。主阀板关闭后 ，阀前失 3．2 水锤计算分析 压，阀后压力水进入膜片控制器上腔并推动压板使固定在 a．将压力管道分为 40段，计算时间为 120s，取并联台数 阀杆上的缓闭阀板缓缓关闭，以此消除水锤 ，防止介质的 为 3台时的系统运；，亍工况进行研究。本模拟计算的结果说 倒流。图2为该阀的示意图。 明：多功能泵控阀在快关时间 1．98s、慢关时问 lO0s工况下防 多功能泵控阀属于特定条件下，特殊工艺制造的水锤防 护效果较好。由计算结果，水泵不会出现倒转现象。但沿管路 护设备，按照该设备出厂实验的基本技术要求，必须计算水 长度方向上，有负压现象发生。 泵零流量的时刻，以实现多功能泵控阀的快速关闭，进而实 b．原设计多功能泵控阀为压力管路的安全防护措施 ，从 现最大水锤压力的消除，然后在此基础上在 3-120 的时段 1800多个多功能泵控阀的快、慢关闭时间及角度的组合情况 内，确定多功能泵控阀的慢关过程 ，确保系统在该时段内安 分析，压力管道 3％的计算断面最大压力均超过了正常工作 全泄流 。 - 压力的 1．4倍，说明因管路太长，多功能泵控阀的快关消锤作 关于多功能泵控阀计算边界条件的确定：在事故停泵的 用得不到发挥。建议在多功能泵控阀条件下与进排气阀门联 52 李江海／基于多功能泵控阀的泵系统压力管路安全防护的计算机数值模拟研究 表 1 水 锤 计 算 成 果 (一) 项 目 断面0 断面 l 断面 2 断面 3 断面4 断面 5 断面 6 最小压力 (MPa) 25．00 26．87 28．87 31．O3 33_36 35．87 38．59 相对压力(MPa) 16．6％ 17．8％ 19．1％ 20．4％ 21．9％ 23．6％ 25l3％ 出现时刻(s) 9．O6 8．84 8．61 8-38 8．16 7．93 7．70 最大压力(MPa) l82．83 182-23 181．57 180．86 180．14 179．38 178．56 相对压力(MPa) 121．1％ l20．5％ l19．9％ 119-2％ l18．5％ ll7．8％ l17．1％ 出现时刻(s) 44．18 44．18 43．95 43．72 43．5O 43．27 43．04 最小流量(m3，s) -3．070 -3．114 —3．189 -3．266 -3-320 -3．360 -3．395 出现时刻 (s) 21．52 19．94 19．71 19．48 19．48 19．71 19．48 最大流量(m s) 4．500 4．500 4．5oo 4．500 4．500 4．5o0 4．5oo 出现时刻 (s) 0．00 O．0o 0．00 O．0O O．00 0．0O 0．00 最小转速 (r／min) 一5O4 转速为零出现时刻(s) 20．96 流量为零出现时刻 (s) 10．53 表 2 水 锤 计 算 成 果 (二) 失电时间t 转速 零断面流量 零断面压力隅 1断面流量Ql 1断面压力H 2断面流量 2断面压力 (s) (r／min) (m3／s) (m) (m3／s) (m) (m3／8) (m) O．oo0 750．O00 4．5oo 150．993 4．500 151．243 4．5oo 151．494 0．227 725．989 4_313 142．565 4．488 151．243 4．488 151．492 0．453 703．629 4．141 134．865 4jOl 142．828 4．476 l51．49O 0．680 682．743 3．982 127．772 4．129 135．139 4．290 143．092 O．9O6 663．187 3．834 121．187 3．971 128．055 4．1l8 135．413 1．133 644．872 3．673 113．989 3．823 121．479 3．960 128．332 1．359 627．671 3．552 108．694 3．662 114．289 3．812 121．774 1．586 611．504 3．395 101．628 3．541 1o9．001 3．652 114．59l 1-8l2 596．449 3．177 91．678 3．384 101．943 3．531 109．3o4 2．039 582．613 2．882 77．954 3．167 92．0o4 3．374 102．254 2．265 569．729 2．797 74．352 2．872 78-294 3．157 92．329 2．492 557．448 2．717 70．98l 2．787 74．695 2．862 78．633 2．719 545．731 2．642 67．838 2．707 71．326 2．777 75l037 2．945 534．548 2．571 64．889 2．632 68．186 2．698 71．673 3．172 523．838 2．504 62．128 2．562 65．239 2．623 68．533 3．398 513．590 2．441 59．529 2．495 62．481 2．552 65．589 合作为防护措施 ，事故发生后多功能泵控阀延时关闭 15s左 起始段 (2km)及管道下游段 (桩号57+000断面以后)，负压较 右时，模拟计算的结果最优，在此工况下，计算结果水泵也不 大 ，最大负压达到一10．OOm，采用进排气阀门消除负压。模拟 会出现倒转现象。 计算后，初步确定安装补气阀门在：23+800、24+450、70+700、 c．在多功能泵控阀和进排气阀门联合防护下，压力管路 72+400、74+000、75+000处，可基本满足要求。 李江海、基／于多功能泵控阀的泵系统压力管路安全防护的计算机数值模拟研究 53 4 结 论 况 (不同开机、进出水池水位浮动等)进行了研究计算，在此 a．文中计算结果是数值模拟的，随着多功能泵控阀水力 基础上对系统的水力过渡过程特性进行了数值模拟，与传统 特性的确定，系统的水锤压力分布可进一步优化。事故水锤 的在水泵额定工况下进行水力过渡过程的计算相比，计算结 下的过渡过程 ，很大程度上取决于主管多功能泵控阀的水力 果更接近实际情况，这一点具有创新性。 特性 ，因此该阀的选择必须从制造工艺、制作质量、运行的灵 e．本研究从 目前计算机模拟的技术水平而言，虽然在程 活性等方面严格要求。 序的设计上，已经考虑了含沙情况下的水锤波速的影响、水 b．水柱分离及其再弥合的计算涉及到两相流的问题 ，有 泵工作点的漂移、压力管道的磨损等技术问题 ，但由于多功 关实验研究表明：当系统中有明显的凸部时，有可能在局部 能泵控阀在多沙河流泵站上消除水锤的特殊性质，认真研究 位置产生明显的水柱分离，这一点在本研究中得到证实。 该问题是必要的。有关资料显示 ：多功能泵控阀具有双进双 c．从水锤模拟计算的压力管路最大压力的分布结果可 出型产品，而双进双出型是否考虑到了水流中的含沙问题， 以看出．多功能泵控阀作为压力管路的主要安全防护手段，效 值得进一步研究 A 果较好。但该阀门在供水工程运行中，只有通过水泵启动、停 参考文献 泵调节阀门的合理现场调试，才能真正实现水锤的消除，这 1『1武汉水利电力学院．水泵与水泵站．北京：水利出版社，1981 一 点需要生产厂家认线【J吴建华-山西省高扬程泵站管路安全防护的试验研究．陕西机械 d．该供水工程利用多功能泵控阀防护作为压力管路的 学院．1994．3 主要安全防护手段。在项 目研究中，首先对系统的稳态运行工 f3]刘竹溪等．泵站水锤及其防护．北京水利电力出版社 ，1985 (上接第57页)者大大超过其投入的成本)。这中间的平衡 得到了很好的执行，那个时候，代建制就能够进行有意义的 点就是我们要找的代建管理费的取费点。对于代建单位而 招标，并可以采取公开招标的方式。 言，其下限应该就是管理成本；对于业主方而言，其上限应 而目前阶段，我们仍然需要努力培育代建制的市场，出 该就是代建单位创造的价值(或者叫管理增值)。现在问题 台一系列保证代建制单位生存的法律、法规，建立一批高水 的关键是，我们面对的是政府投资的公益性项 目，其费用的 平的代建制单位，培养大量从事建设管理的现代化人才，深 计取必须符合现有的国家有关规定。在没有出台有关代建 化投资体制改革，发挥代建制管理与其他形式管理的比较 制的新规定之前，我们能够依据的好像就只能是财建 优势，这样，才能迎来代建制的大发展，代建制的招标才能 [2004]300号文以及财建1文所限定的框架 (包 进入一个新的阶段。 括其中不确定性的所谓投资节余奖金)。众所周知，建设单 当然，即便代建制能得到法律上的认可并进行一系列 位管理费(相当多的地区是简单的按照投资比例计取)本身 的配套制度设计，其 自身适用上的局限仍将限制它在更加 已经不能满足传统体制下的建设管理，而用它来约束提供 广阔范围中运用。 高效优质服务的代建管理费用，显然是不合适的。其实从 5 结 语 决《定》本身来看，并没有对代建费这样处理的必然要求， 代建制的发展从其概念的诞生开始就引起了各方的高 《指导意见》反而约束了其发展空间。笔者认为，对于代建制 度重视，在代建制的有关法律、法规并不完善的前提下，全国 取费必须进行大胆的破题，按照高效率高收益的市场化准 各地均进行了程度不同、模式各异的代建制实践，这些实践 则来确定代建制的收费，并且严格执行诚信守则和奖惩制 对丰富代建制理论，完善代建制的制度结构，从而最终达到 度，并且只有这样，代建制招标才可能由于市场竞争的加剧 代建制推行的目的(提高项 目建设管理水平)提供了各方面 起到真正择优的目的。如何突破这个概念，是考验政策制定 的依据。国家有关部门应该综合总结这些经验、教训，在适当 者的重大问题。这也是推行代建制能否成功必然要跨的一 的时候进行代建制的规范，如果不能立刻进行全局性的统 道坎。 一 ， 也应对一些 目前亟待解决的问题作出一些规定，以引导 4．4 代建制及代建制招标的前景 代建制的纵深推进，更好地为今后的制度设计提供条件。 代建制招标的前景，其实应该是代建制充分发展的产 代建制可能不是解决工程建设领域痼疾的灵丹妙药 ， 物，当代建制单位已经具备一定的市场规模，代建制单位的 但它的发展为解决工程建设领域历史问题提供了一个有益 管理水平已经到了一定的水平，确实比传统的建设管理有 的解决方案，要想取得更加良好的效果，一定要有从上至下 了一个质的飞跃，国家对于代建管理的认识也已经超越了 积极地努力，从制度设计、配套条件、人员、机构、市场培育 代理原先建设单位管理的认识 ，相关配套的法律法规制度 等方面进行更加有成效的实践。A

　　GB T 32610-2016_日常防护型口罩技术规范_高清版_可检索.pdf