陕北某工业园区供水工程水锤防护研究

• 作 者: 李京跃
• 出 处: 西安工业大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 水锤防护 蚁群算法 数值模拟 特征线法

水锤是非常复杂的水力现象,对供水管道系统的正常运行和安全运行具有重大影响,并且常常导致重大的损坏。在供水管道设计之初,往往无法预测水锤现象的发生,正在运行的供水系统中进行适当的检测和防护也不易实现。加之水锤复杂的物理特性,在技术上和经济上对其采取可行的防护设备和防护方式往往伴随着很大的困难。基于此,本文以陕北某工业园区供水工程为实例,讨论水锤在供水工程设计过程中的影响,并对管道瞬态变化过程进行数值模拟。通过对水锤机制的分析和大量文献调研之后,建立了基于蚁群算法的泵供水系统的经济运行优化设计模型,该模型旨在确定一个供水系统的总成本时,将水锤瞬态条件考虑在内,研究基于Matlab2016a蚁群算法ants工具箱。其次,通过特征线法搭建水锤计算的电算法程序,研究陕北某供水工程的停泵水锤数值模拟,确定该供水系统的流量操作可能产生的瞬态压力值。提出该工程水锤防护设备的设计方案,以提供可靠的防护措施,进而防止由于水锤现象引起的管道塌陷或爆裂导致的系统故障。在以上研究基础上,本文得到以下结论:(1)在设计阶段考虑水锤压力会导致系统总成本增加,且水锤升压对压力流系统总成本的影响远大于重力流系统。对于本文给出的重力流系统,阀门关闭60s,为满足降低由阀门关闭引起的水锤升压,系统总成本由原来的74.72万元增加到76.59万元,通过管径变化导致系统投资总成本增加了 1.87万元。对于本文给出的压力流系统,阀门关闭60s时间,系统总成本的增加了 27.24万元,超过了系统总成本的8%。(2)对于不同关阀时间而言,由于重力流流速的限制,不能再通过管道直径的增加来降低水锤压力,因此系统总成本不会随着关阀时间的增加而显著变化。不同的是,压力流系统的总成本会随着关阀时间的增加而降低。(3)为使问题可以用蚁群算法解决,搜索空间必须被离散化。结果表明以蚂蚁移动,信息素更新,全局搜索为基础的蚁群优化算法耦合特征线法的模拟结果令人满意,算法可用于泵供水系统的经济运行优化设计。(4)通过水锤数值模拟分析对比可知,单独设置复合式空气阀对水锤的防护效果不明显,在线路明显凸起点设置复合式空气阀有效改善了管路中的负压状况,但空气阀排气完毕时,由于上下游水柱的碰撞,仍然有水锤压力产生。对于长距离、高扬程、多起伏的供水工程来说,复合式空气阀不能满足其要求。(5)液控缓闭阀门的关闭时间和角度的优化与空气阀的设置可有效改善管路中的负压状况,但对最大水锤压力的降低效果并不明显。(6)对于本文研究的工程,在设置液控缓闭阀门的关闭方式(时间、角度),管路中明显凸起点安装缓闭阀门后,单向调压塔的降压效果高于超压泄压阀。一级泵站设置超压泄压阀使最大水锤降低为203.85m,使用单向调压塔时降低为200.33m。二级泵站设置超压泄压阀时最大水锤降低为225.77m,使用单相调压塔时降低为193.12m。