减压井在汉江遥堤管涌险情整治中的应用效果

汉江遥堤属国家Ⅰ级堤防,是汉北平原和武汉市的重要防洪安全屏障,天门李家洲段为历史险段;2021年汉江秋汛该段发生管涌群险情,汛后除险加固采用了新型减压井技术。根据地质和设计资料建立了三维精细有限元渗流模型,开展了减压井效果论证,为减压井设计提供参数依据。模拟表明,洪水工况下减压井具有显著的排水减压效果,堤内满足渗透稳定要求。2023年汉江洪水期该堤段水位超2021年出险时外江水位约1.3 m,堤内再无管涌险情发生,减压井发挥了显著的防洪减灾效益。实际应用表明,针对典型的二元结构堤基管涌险情隐患,减压井是最有效措施之一。研究成果可为类似堤防管涌隐患处理提供借鉴。

天然气管廊导管辅助泄爆装置的研究

为解决天然气管廊发生爆炸后超压以及泄放后地表二次灾害问题,研发一种天然气管廊导管辅助泄爆装置。首先介绍天然气管廊结构特点,确定使用泄爆技术缓解内部超压;然后基于侧向泄爆和水封阻火原理,设计可以实现多级缓冲和无焰排放功能泄爆装置;最后通过有限元对比分析直接泄爆、侧向泄爆以及无泄爆口3种方式下天然气管廊受力情况。结果表明:侧向泄爆与无泄爆口受力分布范围较广,而直接泄爆应力集中于泄爆口附近,且应力值较大。因此,在实现泄压功能同时,侧向泄爆对天然气管廊结构保护远高于直接泄爆,从而体现泄爆装置结构设计的优势。

特厚煤层孤岛煤柱水力扩孔防冲卸压技术研究

砚北煤矿2502采区大巷保护煤柱两侧采空,为孤岛煤柱,应力集中程度高,由于煤层较厚,传统大直径钻孔卸压无法取得较好的防冲效果,针对该问题,提出了煤层水力扩孔卸压的技术。通过理论分析研究了水射流破煤和扩孔的卸压机理,水力扩孔通过增加钻孔孔径扩大了单孔的卸压范围;确定了砚北煤矿特厚煤层水力扩孔的主要技术参数,采用数值模拟分析了钻孔内分段扩孔的卸压模式;开发了相应的配套设备,采用双层高压钻杆实现煤体的“钻-割”一体化卸压,提高了卸压效率。通过砚北煤矿现场试验表明,煤层水力扩孔在水压40 MPa和高压喷嘴作用下,扩孔半径能够达到0.35~0.5 m,钻屑量在扩孔区域明显降低,表明水力扩孔能够显著降低煤体内应力集中,达到冲击地压防治的目的。

动压影响区松软留顶煤巷道支护技术研究

西南地区某矿为松软煤层,巷道留顶煤,放顶产生的动压导致临近掘进巷道围岩变形严重。针对以上问题,采用多场耦合模拟软件模拟动压影响下围岩应变演化规律,结合现场离层仪观测数据综合分析可知,原支护措施在动压影响下存在围岩失稳危险性。通过施工卸压孔控制动压扩散到支护区域,U型钢+管棚支护提高整体支护强度。防治措施实施完成后,动压影响的巷道围岩最大位移量为50mm,整体变形比较小。防治措施有效控制了动压影响下软煤留顶煤巷支护强度不足的问题。

采用泄爆管的粉尘爆炸在泄放过程中的压力特性

以2μm铝粉为介质,在内径68mm、高305mm的钢制圆柱容器顶端连接内径25mm、不同长度的钢制泄爆管,开展了粉尘爆炸泄放实验。通过分别改变泄爆管长度及粉尘的质量浓度,研究粉尘爆炸泄放过程中容器及泄爆管内的压力特性,重点在探索泄放过程中二次爆炸发生的条件。结果表明,在本实验条件下,当泄爆管长度LT≥1 500mm,粉尘质量浓度ρ≥500g/m3时,泄爆管内发生二次爆炸的几率很高。二次爆炸产生的压力波分别向爆炸容器及泄爆管末端2个方向传播。向爆炸容器传播的压力波阻碍并扰乱泄放过程,导致容器内残余未燃粉尘反应,使容器内压力出现二次峰值。

堤防管涌险情研究进展

目前,管涌险情的研究主要集中于管涌险情演化机理、物理模型试验与数值模拟方法、汛期与非汛期应急抢险技术等方面。管涌险情发生受临界水力条件与地层岩性结构等因素控制,但尚未系统考虑力学、河流动力学以及管涌发展过程中的连续与非连续扩展,且研究模型存在尺度效应。汛期管涌抢险仍以传统方法、人海战术为主,抢险效率明显不高;非汛期管涌险情控制主要以减压井和防渗墙等措施为主。可拆换式减压井成功解决了传统减压井淤堵问题,显著提升了运行效率;垂直防渗墙的防渗控制效果显著,但工程造价高,且缺乏全生命周期监测与评估,对运行效果难以掌握。从水土耦合角度开展管涌险情致溃机理研究,研发便携式、装备式抢险材料与设备是当前堤防管涌险情急需研究解决的科学难题与方向。

减压管状态对混流式水轮机流场的影响

混流式水轮机转轮上冠和顶盖间的压力腔中所产生的压力脉动会影响机组运行的稳定性.以某电站机组为例,采用商业CFD软件对原型水轮机进行了三维全流道湍流数值模拟计算,分析了压力腔及密封间隙中压力脉动形成的原因,讨论了减压管的开、关状态对压力腔、转轮密封间隙和尾水管中流场的影响.结果表明:减压管在水电机组中的作用有利有弊,在水电机组的设计过程中需要综合考虑.

含减压管的混流式水轮机转轮密封数值模拟

为了分析混流式水轮机中的减压管对水力发电机组稳定性的影响,通过对含减压管和转轮上冠密封间隙的水轮机进行三维全流道数值计算,分析了减压管和转轮上冠密封的建模过程,并且依据计算模型和相应的边界及工况条件,分析了减压管的存在对转轮上冠密封间隙、顶盖和转轮上冠之间压力腔的流场的影响作用。模拟计算结果表明,顶盖和转轮上冠之间的压力腔中压力自外缘至旋转中心呈抛物线趋势变化;在机组设计和运行时要考虑减压管的设置以预防弓状回旋振动的发生;减压管中水流流入尾水管后不对尾水管流场产生影响。

基于CFD的混流式水轮机减压管数值分析

水轮机中的减压管对于水力发电机组稳定性的影响,已经引起了研究人员和运行人员的普遍关注。基于计算流体动力学软件CFX,采用N-S方程和RNG k-ε湍流模型,通过对某电站原型水轮机进行三维定常全流道数值计算,分析了含减压管和转轮上冠密封间隙的混流式水轮机三维全流道数值模拟的建模过程,以及减压管对转轮上冠密封间隙流场的影响,并且分析了转轮上冠密封间隙和减压管内部流动的特性。

月牙肋钢岔管与贴边钢岔管联合受力有限元优化分析

在"Y"型钢岔管旁接一个超压泄压贴边钢岔管进行有限元优化分析时,需采用单管受力计算或联合受力计算,才能确保所选管壁厚度满足现行规范要求。通过三维有限元计算对比联合受力分析与单体受力分析结果,以及超压泄压贴边钢岔管开孔位置对管壁整体应力的影响,找出最不利的受力计算方案及最合适的开孔位置。结果表明,联合计算贴边钢岔管应力大于单独计算时的应力,且开孔设置在第二管节最合理;类似开孔距离及管与管之间距离在2~3倍管节时有必要进行联合受力及开孔位置优选计算。这为钢岔管优化设计提供了借鉴。

基于泄放阀泄放反力作用下的低温管系动态分析

应用CAESARII软件对某低温乙烯液体输送管系进行动态分析,校核了在泄放阀泄放反力作用下管系的位移、应力是否符合规范,并对管系结构进行了优化。结果表明:管系基频过低、应力超标,距离泄放阀最近端管系弯头纵向振幅较大,泄放阀泄放反力作用弯头位置横向振动剧烈,须重新对管系进行改进。提出改进方案:将管系中间位置约束改为固定支撑,以增大管系刚度;将距离泄放阀最近弯头处承重支撑改为弹簧支撑,以承担竖直方向的反冲力;在泄放阀进口管段设置阻尼约束,泄放阀出口管弯头位置加设承重支撑与限位,并调整限位与管系之间的间隙,找到最佳间隙为6.63 mm。据改进后的方案重新建模并分析,管系在X、Y、Z向的最大振幅分别减弱了88.12%、76.02%、99.86%。

火炬排放管网压力降的简便计算法

基于等温流动方程和出口压力，借助图算法，提出了一种新的计算火炬排放管网压力降的简捷方法。给出了计算步骤和计算实例，并讨论了该方法的适用性和误差范围。

大型多支线供水工程的爆管水力过渡过程分析

鉴于爆管是危及大型供水工程安全运行的严重事故工况,基于瞬变流基本理论,结合超压泄压阀的工作原理,建立了地下埋管爆管工况的水力过渡过程计算分析数学模型,并提出了供水系统中最危险的爆管位置的确定方法。实例应用结果表明,该模型能反映爆管过程中管道内压力和流量的瞬变过程,确定的爆管位置具有合理性。

液控蝶阀和超压泄压阀对水锤联合防护效果分析

以山西省长治市庄头泵站为例,针对供水工程倒虹吸管段出现的水锤压力过大的情况,采用数值模拟的方法,分别模拟了两阶段关闭液控蝶阀单独防护水锤、超压泄压阀单独防护水锤与液控蝶阀和超压泄压阀联合防护水锤的压力管路情况。对比分析了3种防护措施下的管路技术指标。分析结果表明:两阶段关闭液控蝶阀单独防护水锤与超压泄压阀单独防护水锤的效果均不明显,管路最大水锤压力仍不满足规范要求;而采取液控蝶阀和超压泄压阀的联合防护措施,能够有效地降低水锤压力,保证供水工程的安全运行。提出的液控蝶阀和超压泄压阀联合防护水锤的方法,可以为庄头泵站的安全运行提供技术支持,同时,也可为其他类似泵站的水锤防护提供参考。

20万吨级卸荷式板桩码头离心模型试验研究

中国板桩码头结构的设计和建设从2000年前的3.5万吨级到现今的20万吨级,有了长足的进步。新提出的一种20万吨级卸荷式板桩码头结构,考虑了刚性较大的T型地连墙方案和柔性较大的组合钢管桩前墙方案,与之相对应的卸荷承台群桩基础结构中分别设置2排和3排直立灌注桩。开展了大型土工离心模型试验,对这两种方案的卸荷式板桩码头结构性能进行了验证。结果发现,这两种方案都是可行的,前墙位移均在允许范围内,其中刚性较大的T型地连墙方案中,前墙锚着点位移较小,但墙身弯矩反应较大,拉杆力较小,承台群桩基础结构中灌注桩弯矩反应正常,而柔性较大的组合钢管桩方案中,前墙锚着点位移较大,但墙身弯矩反应较小,拉杆力较大,承台群桩结构中灌注桩弯矩反应较强。前墙和灌注桩弯矩反应强烈程度所呈现的此消彼长特性,揭示了卸荷式板桩码头中单锚式板桩结构部分和卸荷承台群桩基础结构部分之间的荷载分担工作机制。

排气阀的技术性能及选择

随着长距离调水工程的实施,管路排气不畅造成的爆管现象频繁发生,造成经济损失大,且严重影响了供水系统的安全和稳定运行。解决管路存气问题的有效办法之一是选择和安装性能良好的排气阀。本文分析了管路排气不畅对供水系统造成的危害和目前我国市场上常见排气阀的结构形式及其技术性能特点,及选择安装的技术建议,旨在帮助用户正确选择排气阀。

应力释放槽对钻杆接头力学性能的影响

钻杆接头是钻柱最薄弱的环节,在钻进过程中极易失效。采用有限元分析方法对钻杆接头的应力特征进行了分析,结果表明,密封面处接触压力分布不均和啮合大端第一螺纹牙处应力集中是影响钻杆接头力学性能的主要因素。在公扣、母扣台肩转角处开应力释放槽可以有效改善钻杆接头的应力分布,降低应力峰值,使von Mises应力和接触压力分布更加均匀,有利于提高钻杆接头的承载能力和密封性能。此外,仅在公扣台肩转角处或母扣台肩转角处开应力释放槽也可有效改善接头的应力分布,但效果与公扣、母扣台肩转角处均开应力释放槽相比稍差。

安全阀的配管设计

介绍安全阀配管设计中应考虑的问题及具体做法，使安全阀在要求的设定压力和排量下工作。

热处理和振动时效复合法消除膨胀波纹管残余应力

探讨了执处理后振动时效去除膨胀波纹管残余应力技术要求和工艺参数选择。采用振动时效参数曲线观测和盲孔法残余应力测量对振动过程及振动时效效果进行了评定。结果表明:振动时效可明显降低热处理后膨胀波纹管残余应力,并且提高了膨胀波纹管尺寸精度。

长江干堤典型管涌险情成因分析及对策研究

管涌是长江堤防最常见也是危害最大的险情之一,至今仍是长江堤防安全的重要威胁。2020年汛期,长江干堤局部超警戒水位持续长达60 d,为近年最长时间,其中,城陵矶最高水位达到34.74 m,也为近年最高水位。以长江干堤岳阳瓦湾段管涌险情为例,利用历史资料和现场调查,根据该段地质条件及渗控措施,建立了三维渗流有限元模型,重点模拟减压井失效及功能发挥工况下,该段地层内渗透比降分布特征,揭示该处管涌险情成因,并探讨相应处理对策。论文研究成果可为类似堤段汛后除险加固提供参考。