泵站压力管道振动特性分析及减振优化设计

发布时间：2021-09-28 23:11

　　为探究泵站压力管道的不同布置形式对管道振动的影响,选取宁夏盐环定泵站工程二泵站#1压力管道为研究对象,建立基于流固耦合的泵站压力管道水流ALGOR数值模型,并采用DASP振动测试系统获取振动信号对模拟结果进行验证,分析压力管道水流流态对管道振动的激励特征并提出优化设计方案。结果表明,压力管道进水管处、支管总管相接处及总出水管处均有强烈的振动,但进水管的振动较出水总管振动更为强烈;减振优化设计方案中,调整支管距离对降低水流对管道振动的激励效果微弱,增大管径及改变总管走向对其效果较好,其中总管走向在2°～5°之间较佳,不仅能降低管道振动,而且能减少泵站能耗损失。研究结果可为高扬程泵站压力管道的优化设计提供理论依据。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(08)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

一期二泵站压力管道布置示意图

对于宁夏盐环定泵站工程二泵站#1压力管道，设置标准κ-ε湍流模型，两支管进水口边界条件Vin按断面平均流速给出，出水口边界条件设置为自由出流。管道壁面采取无滑移边界条件，管内流体液面自由。(1)工况1。#4机进水管采用额定输入流量2m3/s，入口流速为2m/s,#8机流速为0;(2)工况2。#8泵管道入口边界条件流速为2.5m/s。在ALGOR环境中对压力管道与填充的水体进行网格划分时，在进水管及出水总管处采用四面体与楔形网格，在弯管及总管与支管连接处采用混合网格，并进行加密处理，附加质量模型的管道结构采用SOLID45单元建立，水体与管道的耦合通过在管壁网格节点设置mass21单元实现。使用六面体网格将模型进行剖分，在满足网格无关性检验误差的要求下，通过试算最终得到模拟计算网格8 520个。其网格及细部网格剖分见图2。3.2 边界约束条件

由图3(a）、（b）、（c）可知，#4泵总管稳定出水期间，#4机进水管流速始终较大，在弯管段水流出现最大流速，且弯管内环比外环流速大，弯管段分布着4个等级的流速，易造成水流回流并出现低压，导致水流阻力增大并造成弯管处出水流态极不稳定且水流不畅。#8机进水管内充满水但无水流流动，流速为0且压力分布较均匀。44s后出水总管在#2支墩处出现明显的低流速区域，而后段流速逐渐增大但流速等级分布不均，流态紊乱。60s后出水总管压强逐渐增大，压力主要分布在#4机进水管和出水总管。总体而言，在只有#4机运行的情况下，#4机进水管段水流流速较大且分布不均，水压变动将对管道振动产生激励作用。在弯管段水流流速变化大且出现负压区，水流对弯管段的冲击作用强。出水总管水流流速分布不均且出现低流速区，不稳定的水流流态及较大的水压变化，导致出水总管段水流对管道产生较强的激励作用并引起管道的振动。但#8机进水管水流始终未对管道产生有效激励作用。因此，#4机组开机过程，水流冲击及分布不均的流速、水压和瞬态应力是造成总管内水流运动不稳定的主要因素。#4机进水管及#1、#2支墩处易受水流激励作用而产生激振，需要采取减振及加固措施。


本文编号：3412715