為探究泵站壓力管道的不同布置形式對管道振動的影響,選取寧夏鹽環(huán)定泵站工程二泵站#1壓力管道為研究對象,建立基于流固耦合的泵站壓力管道水流ALGOR數(shù)值模型,并采用DASP振動測試系統(tǒng)獲取振動信號對模擬結(jié)果進行驗證,分析壓力管道水流流態(tài)對管道振動的激勵特征并提出優(yōu)化設(shè)計方案。結(jié)果表明,壓力管道進水管處、支管總管相接處及總出水管處均有強烈的振動,但進水管的振動較出水總管振動更為強烈;減振優(yōu)化設(shè)計方案中,調(diào)整支管距離對降低水流對管道振動的激勵效果微弱,增大管徑及改變總管走向?qū)ζ湫Ч^好,其中總管走向在2°～5°之間較佳,不僅能降低管道振動,而且能減少泵站能耗損失。研究結(jié)果可為高揚程泵站壓力管道的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：水電能源科學(xué). 2020,38(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

一期二泵站壓力管道布置示意圖

對于寧夏鹽環(huán)定泵站工程二泵站#1壓力管道，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型，兩支管進水口邊界條件Vin按斷面平均流速給出，出水口邊界條件設(shè)置為自由出流。管道壁面采取無滑移邊界條件，管內(nèi)流體液面自由。(1)工況1。#4機進水管采用額定輸入流量2m3/s，入口流速為2m/s,#8機流速為0;(2)工況2。#8泵管道入口邊界條件流速為2.5m/s。在ALGOR環(huán)境中對壓力管道與填充的水體進行網(wǎng)格劃分時，在進水管及出水總管處采用四面體與楔形網(wǎng)格，在彎管及總管與支管連接處采用混合網(wǎng)格，并進行加密處理，附加質(zhì)量模型的管道結(jié)構(gòu)采用SOLID45單元建立，水體與管道的耦合通過在管壁網(wǎng)格節(jié)點設(shè)置mass21單元實現(xiàn)。使用六面體網(wǎng)格將模型進行剖分，在滿足網(wǎng)格無關(guān)性檢驗誤差的要求下，通過試算最終得到模擬計算網(wǎng)格8 520個。其網(wǎng)格及細部網(wǎng)格剖分見圖2。3.2 邊界約束條件

由圖3(a）、（b）、（c）可知，#4泵總管穩(wěn)定出水期間，#4機進水管流速始終較大，在彎管段水流出現(xiàn)最大流速，且彎管內(nèi)環(huán)比外環(huán)流速大，彎管段分布著4個等級的流速，易造成水流回流并出現(xiàn)低壓，導(dǎo)致水流阻力增大并造成彎管處出水流態(tài)極不穩(wěn)定且水流不暢。#8機進水管內(nèi)充滿水但無水流流動，流速為0且壓力分布較均勻。44s后出水總管在#2支墩處出現(xiàn)明顯的低流速區(qū)域，而后段流速逐漸增大但流速等級分布不均，流態(tài)紊亂。60s后出水總管壓強逐漸增大，壓力主要分布在#4機進水管和出水總管�？傮w而言，在只有#4機運行的情況下，#4機進水管段水流流速較大且分布不均，水壓變動將對管道振動產(chǎn)生激勵作用。在彎管段水流流速變化大且出現(xiàn)負壓區(qū)，水流對彎管段的沖擊作用強。出水總管水流流速分布不均且出現(xiàn)低流速區(qū)，不穩(wěn)定的水流流態(tài)及較大的水壓變化，導(dǎo)致出水總管段水流對管道產(chǎn)生較強的激勵作用并引起管道的振動。但#8機進水管水流始終未對管道產(chǎn)生有效激勵作用。因此，#4機組開機過程，水流沖擊及分布不均的流速、水壓和瞬態(tài)應(yīng)力是造成總管內(nèi)水流運動不穩(wěn)定的主要因素。#4機進水管及#1、#2支墩處易受水流激勵作用而產(chǎn)生激振，需要采取減振及加固措施。


本文編號：3412715