【摘 要】
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长距离输水工程具有线路距离长、分支点多、地形起伏大、管线布置复杂等特点,这将导致长距离有压输水管道中面对的运行工况复杂且具有不确定性,若发生阀门或泵的突然关闭情况,局部流速和流量会发生急剧变化,发生水柱分离又弥合的现象,导致水锤的产生,造成阀门、水泵、管道等设备的损坏。阀门调节是水锤控制有效措施之一,它能有效减弱水锤影响。为了保障长距离输水工程运行安全,探究长距离输水工程中的水锤控制,本文针对泵出
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长距离输水工程具有线路距离长、分支点多、地形起伏大、管线布置复杂等特点,这将导致长距离有压输水管道中面对的运行工况复杂且具有不确定性,若发生阀门或泵的突然关闭情况,局部流速和流量会发生急剧变化,发生水柱分离又弥合的现象,导致水锤的产生,造成阀门、水泵、管道等设备的损坏。阀门调节是水锤控制有效措施之一,它能有效减弱水锤影响。为了保障长距离输水工程运行安全,探究长距离输水工程中的水锤控制,本文针对泵出口阀门调节特性、阀门调节对水锤影响和阀门调节方式最优化问题,进行了如下研究:基于计算流体力学理论建立阀门调节特性测定模型,通过分析不同公称通径的阀门和不同开度下模型计算区域内的压力、速度、流线的变化,深入了解阀门调节过程中过流流态,通过分析阀门流量系数和流阻系数得到阀门调节特性数据,通过试验验证了测定模型的可靠性,为阀门调节最优化提供详细的阀门调节参数。在验证测定模型可靠性试验基础上,搭建单泵单阀和双泵双阀输水系统,设置单阀线性关闭、两阶段关闭(先慢后快、先快后慢、非连续)、三阶段关闭方式,双阀线性关闭、两阶段关闭(先慢后快、先快后慢)关闭方式,研究泵出口阀门调节特性对水锤的影响。深入分析水锤波的传播、叠加和干涉过程,加深对瞬变流下水力过渡过程的认识,为阀门调节最优化提供建模基础和最优化策略。建立基于水锤控制的阀门调节模型,构建调节模型最优化的研究变量、最优化目标和约束条件,提出用遗传算法理论对调节模型寻优的方法。以可靠性试验系统的单阀和双阀系统为实例,建立最优化模型,对模型敏感性进行分析。根据最优化策略,将调节模型计算结果传递给遗传算法,反复经过遗传算法选择、交叉、变异映射和调节模型计算得到最优阀门调节方式。最后通过工程实例验证了调节模型及最优化方法有效性,对长距离输水工程中泵出口阀门的合理调节具有一定的指导意义。
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