在有壓管路中由于水不可壓縮的固有屬性,因某種外界原因(如閥門突然關(guān)閉、水泵機(jī)組突然停車)使水的流速突然發(fā)生變化,從而引起水擊,這種水力現(xiàn)象稱為水擊或水錘。由于水錘的產(chǎn)生,使得管道中壓力急劇增大至超過正常壓力的幾倍甚至十幾倍,其危害很大,會引起管道的破裂,影響生產(chǎn)和生活。瞬態(tài)壓力過高,將引起管子的破裂,反之,瞬態(tài)壓力過低又會導(dǎo)致管子的癟塌,還會損壞閥門和固定件。國際水協(xié)(IWA) 2010年提出:水錘是導(dǎo)致供水管網(wǎng)老化和損壞的主要原因,并最終產(chǎn)生爆管。長距離調(diào)水工程70-80%的安全問題是由水錘引發(fā)的。水錘總是從管道薄弱處最先開始產(chǎn)生破壞,控制水錘可以大大減少甚至消除上述問題。
株洲南方閥門股份有限公司湘潭分公司效果圖
世界級水力實(shí)驗(yàn)室示意圖
猶他州立大學(xué)(URWL)和法國南斯(CETIM Nantes)擁有可獲得令人印象深刻的流量并且最大口徑也很大。大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室專注于管線中多相油氣流而不是閥門或其他組件。前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室被認(rèn)為是水工業(yè)最大且最重要的實(shí)驗(yàn)室。荷蘭三角洲研究院調(diào)研了16家世界領(lǐng)先閥門廠家,新的水力實(shí)驗(yàn)室從規(guī)劃設(shè)計(jì)開始就和世界領(lǐng)先廠家中區(qū)別開來。
世界級水力實(shí)驗(yàn)室包括(無阻尼)止回閥動態(tài)特性實(shí)驗(yàn)裝置、空氣閥實(shí)驗(yàn)裝置、控制閥穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置、R&D研發(fā)裝置、流量計(jì)標(biāo)定裝置、系統(tǒng)控制平臺等。止回閥口徑是確定世界級裝置的主要參數(shù),閥門的動態(tài)特性取決于閥門尺寸,更大口徑的閥門閥板更重、行程更長,更可能產(chǎn)生更高的逆流速度,并沒有可用的數(shù)據(jù)來預(yù)測具體尺寸的影響??趶皆酱螅b置就越獨(dú)特。控制閥穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置從閥門廠家的調(diào)研中,了解到他們的試驗(yàn)臺多數(shù)是DN200口徑,并且應(yīng)用理論和CFD對大口徑閥門進(jìn)行模型比例推演放大。這主要是對流量特性的評判,但是目前為止對扭矩測量的比較少,且對噪聲和空化試驗(yàn)的更少。R&D研發(fā)裝置世界上可比較的裝置是比較獨(dú)特的,因?yàn)樗鼈冇忻黠@的高度和很大的管道口徑或者因?yàn)樗鼈兒荛L并可以處理所有種類的(2D)管線結(jié)構(gòu)。荷蘭三角洲研究院在CAPWAT研發(fā)項(xiàng)目中顯示的結(jié)果,有口徑為DN200的管道和閥門,尤其是兩相流,比例縮放效果可以得到緩解。但是,建議使用DN300的口徑,也建議驗(yàn)證是否有比例縮放效果。如此,便可達(dá)到世界領(lǐng)先地位。壓力瞬態(tài)環(huán)路的長度(1600m或甚至2000m)可以允許更加實(shí)際的閥門關(guān)閉時(shí)間,也仍可以足夠快地得到完整的茹科夫斯基水錘。如此長的長度同樣有利于制定實(shí)際比例中的滲漏探測方法和規(guī)定。水塔的建設(shè)有其優(yōu)勢,因?yàn)樗沟?/span>R&D試驗(yàn)裝置的管線輪廓圖在局部有了一個(gè)非常高的高點(diǎn)。這樣就可以研究空化效果,和與壓力瞬態(tài)試驗(yàn)環(huán)路組合為一個(gè)試驗(yàn)環(huán)路來研究充水和起始流量研究。水力實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)控制平臺,將用于演示系統(tǒng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算模型模擬值之間的聯(lián)系。這將極大地有助于讓客戶和參訪者體驗(yàn)與理解輸配水管網(wǎng)水錘防護(hù)方案。將以上裝置組合起來放在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中,展示了可以試驗(yàn)和分析組件(閥門、止回閥和空氣閥)與管線系統(tǒng)間相互作用的可能性。
世界級水力實(shí)驗(yàn)室研究方向:
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管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)與壓力流量模型互饋機(jī)制研究。
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基于壓力脈動控制的泵管閥耦合作用機(jī)制及管網(wǎng)疲勞漏損特性研究。
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基于大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)水力模型研究。
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水系統(tǒng)智能管網(wǎng)綠色發(fā)展指標(biāo)體系研究
目前,株洲南方閥門股份有限公司湘潭分公司世界級水力實(shí)驗(yàn)室在緊張建設(shè)中,歡迎各領(lǐng)導(dǎo)專家能蒞臨指導(dǎo)。