高效节能水锤泵阀门耦合及流道减阻机理研究

The hydraulic ram pump is a self-operating water-pumping device. Two check valves are driven by flowing water to open and close periodically and alternatively and water hammer effects generate, pumping a portion of incoming water to a much higher place. The hydraulic ram pump is widely used in energy-saving irrigation, urban landscape and remote water-lifting. Coupling of waste valve and delivery valve and resistence of flow passage, are vital for efficiency and delivery flow of hydraulic ram pump.. Based on theoretical analysis, model experiments and numerical simulation, theoretical model and technical application of high-efficiency and energy-saving hydraulic ram pump are studied. It includes 1) theoretical model of hydraulic ram pump, simultaneously considering dynamic characteristics of waste valve and delivery valve together with unsteady resistence of drive pipe, 2) coupling theory of waste valve and delivery valve, 3) flow passage drag-reducing theory, 4) a software for selection of hydraulic ram pump and performance assessment. The innovations are 1) coupling theory of waste valve and delivery valve, including critical value of coupling parameters for normal and efficient operation, 2) flow passage drag-reducing theory, including evaluation indexs, objective function and drag-reducing technology.

水锤泵是一种自动泵水机械，利用流水的动力使两个止回阀周期性交替启闭，产生水锤作用，将来流中的一小部分水泵送至更高位置。水锤泵被广泛应用于节能灌溉、城市景观、山区提水等领域。泄水阀、输水阀两个止回阀的耦合以及流道阻力，是决定水锤泵效率和扬水量的关键因素。.本项目通过理论分析、模型试验和数值模拟相结合的方法，研究高效节能水锤泵的理论模型与技术应用，主要内容：1）建立包含泄水阀、输水阀动态特性和动力水管非恒定摩阻的水锤泵理论模型；2）研究水锤泵高效运行泄水阀、输水阀耦合理论；3）研究水锤泵流道减阻理论；4）开发水锤泵选型及性能预测软件。创新点为：1）泄水阀、输水阀耦合理论，包括可正常运行的耦合参数阈值、高效运行的耦合参数；2）水锤泵流道减阻理论，包括评价指标体系及目标函数、减阻理论及技术。

水锤泵是一种自动泵水的水力机械，主要用于缺电、无电山区的提水灌溉或人饮工程，以及城镇微水能资源的开发利用。水锤泵是将大量水的低水头位能集中转换为其中一小部分水的高水头位能，因此，不用油、不用电就能自动运行，成为了一种可靠的、可持续的、可局部地区大范围推广的电泵替代方案。.项目以高效节能水锤泵作为研究对象，旨在通过研究阀门耦合及流道减阻机理，辨识影响水锤泵正常工作及高效运行的关键因素，提出产品设计及系统布置的合理方案，开发高效率、大扬水、大型化的系列化产品，并形成设计选型、安装使用和运行维护的配套软件和使用手册，为水锤泵应用于我国丰富微水能资源的开发利用提供理论依据和技术支撑。项目的重要结果有：.（1）构建了考虑泄水阀和输水阀动态特性以及管道非恒定摩阻的水锤泵系统数学模型，并通过模型试验的压力和水深时域特性对数学模型进行了校验。.（2）给出了包含泄水阀及动力水管参数的、水锤泵系统可正常运行的临界判定公式，得到了泄水阀25~30mm的优化开度和1.2kg的优化阀瓣质量，以及高扬程减小输水阀开度的耦合配置技术。.（3）构建了水锤泵流道评价指标体系，包括水头损失系数、升力系数、阀瓣受力偏心距和出口流速分布均匀度；提出了泵体的减阻技术及后扩式流道方案，即，三通→弯头→曲面扩散管。.（4）开发了水锤泵选型软件，可针对典型来水量、作用水头，根据用户需求给出所需要水锤泵的口径、数量、扬水量、需水量等内容。初步形成了指导水锤泵系统设计、现场安装、启动运行和停运检修的技术手册。.创新点为：.（1）考虑泄水阀、输水阀动态特性及管道非恒定摩阻的理论模型；.（2）水锤泵流道评价指标体系及减阻技术。