城市供水大型输水工程关键技术研究与应用PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 大型输水泵站研究现状及发展 1

1.1.1 大型输水泵站的建设概况 1

1.1.2 泵站的数值模拟优化 2

1.1.3 泵站的设计节能优化 3

1.1.4 大型泵站的深基坑技术 4

1.2 大型输水管道研究现状及发展 6

1.2.1 典型工程 6

1.2.2 大规模管线增压方式 7

1.2.3 大口径顶管工程技术现状和发展 8

1.2.4 大口径钢顶管中继间技术 9

1.2.5 大口径钢管防腐技术 10

1.2.6 长距离管线水锤控制技术 11

1.3 典型案例——青草沙水源地原水工程 11

2 超大型输水泵站数值仿真优化设计集成技术 13

2.1 五号沟泵站工程特点 13

2.2 数值模拟方法 14

2.2.1 几何建模及网格生成 14

2.2.2 控制方程 14

2.2.3 数值模拟计算的边界条件 17

2.2.4 数值方法选定 19

2.3 泵站可行布置方案的优选 19

2.3.1 初步总体布置系统方案 19

2.3.2 方案比选 21

2.4 可行性方案局部优化 21

2.4.1 初步优化后的矩形方案 22

2.4.2 矩形方案的三维流场分析 23

2.4.3 局部优化 23

2.4.4 推荐方案 24

2.5 设计模型整体水力仿真 25

2.5.1 几何建模 25

2.5.2 数值模拟结果分析 27

3 特大型水泵装置优化集成技术 32

3.1 输水水量特征及工况分析 32

3.1.1 输水水量特征 32

3.1.2 运行工况分析 33

3.2 大型泵站水泵选型 36

3.3 水泵配置可视化及优化 37

3.4 水泵调节方式 49

3.5 模型泵试验 51

3.6 水泵辅助装置节能技术 53

3.6.1 水泵装置的运行特点 53

3.6.2 变频调速器选型 54

3.6.3 主变压器容量优化 56

3.6.4 谐波优化 60

4 超大型输水泵站操作安全保障集成技术 62

4.1 输水泵站工程特点 62

4.1.1 支线1 62

4.1.2 支线2 63

4.1.3 支线3 64

4.2 水力过渡过程计算平台 64

4.2.1 仿真原理和数学模型 64

4.2.2 仿真和试验平台 67

4.3 前池澭水计算 68

4.3.1 计算原型 68

4.3.2 计算工况及结果 68

4.3.3 计算分析与结论 72

4.4 泵站前池水位超降计算 73

4.4.1 计算原型 73

4.4.2 计算工况 73

4.4.3 计算分析与结论 74

4.5 水泵启停机调度策略分析 74

4.5.1 计算工况 74

4.5.2 前池涌浪周期的理论分析 75

4.5.3 单泵运行启停机操作分析 75

4.5.4 多泵启停机操作分析 78

4.6 串联加压泵站调度策略分析 80

4.6.1 全线停水停泵关阀调度原则 80

4.6.2 泵站全部抽水断电事故的处理 81

4.6.3 泵站部分抽水断电事故的处理 86

5 大波动高负载大型泵房结构设计集成技术 92

5.1 五号沟泵站泵房工程特点 92

5.2 大型基坑设计 92

5.2.1 基坑开挖支护方案 92

5.2.2 基坑开挖的三维计算模型 93

5.2.3 主要计算结果及分析 94

5.2.4 三维计算与实测结果对比 97

5.2.5 二维计算与实测结果对比 102

5.3 抗浮设计 105

5.3.1 工程概况 105

5.3.2 桩基实测 105

5.3.3 扩底抗拔桩性能的离散元数值模拟 108

5.4 泵房结构设计 110

5.4.1 结构方案 110

5.4.2 计算模型 111

5.4.3 计算工况 111

5.4.4 轴线2壁板弯矩值计算结果 113

5.4.5 三维计算值与结构设计值对比 117

5.5 泵房结构底板抗裂设计 117

5.5.1 底板抗裂设计方案 117

5.5.2 底板抗裂计算结果 118

5.5.3 分块横向比较分析 121

5.5.4 底板构造措施 122

5.6 泵房结构侧墙抗裂设计 123

5.6.1 侧墙抗裂设计方案 123

5.6.2 墙体应力仿真预测 125

5.6.3 三种墙体分幅方案比较 126

5.6.4 采用膨胀剂配合比的影响 129

5.7 沉降对泵房结构的影响 130

5.7.1 有限元分析模型 130

5.7.2 数值计算结果与实际监测值的对比 131

6 输水系统格局优化技术 133

6.1 既有引水工程利用 133

6.2 泵站减量化 134

6.2.1 严桥支线中间输水泵站 134

6.2.2 南汇输水泵站 135

6.3 经济管径 137

6.4 水库至陆域输水方式优化 137

6.4.1 输水方式 138

6.4.2 输水能耗研究及输水方式优化 140

6.5 双管模式节能运行 141

6.5.1 运行工况分析 141

6.5.2 节能运行模式 142

6.5.3 投产初期复核 144

6.6 顶管井数量优化 145

7 大口径管道多级串联叠压集成技术 146

7.1 大口径管道多级串联叠压技术 146

7.1.1 串联叠压技术的提出 146

7.1.2 多模式运行节能 147

7.1.3 串联叠压技术的应用 147

7.2 上级泵站的优化 148

7.2.1 优化目的 148

7.2.2 上级泵站运行配置方式 148

7.2.3 上级泵站最佳母管管径寻优 153

7.2.4 上级泵站系统水头损失对比 155

7.3 下级泵站的优化 157

7.3.1 优化目的 157

7.3.2 下级泵站运行配置方式 158

7.3.3 下级泵站最佳母管管径寻优 160

7.3.4 下级泵站站内管线布置方式 162

7.3.5 水泵变频配置 163

7.3.6 多级串联加压泵站安全调度策略 164

8 基于流态优化的非标管配件设计技术 165

8.1 理论分析 165

8.2 几何模型和网格模型 165

8.3 计算结果分析 166

8.4 管道局部损失 171

9 大口径压力曲线钢顶管仿真设计优化关键技术 172

9.1 工程背景与难点 172

9.2 大口径钢顶管结构稳定 172

9.2.1 钢顶管稳定数值分析方法 172

9.2.2 基本荷载下的钢顶管稳定分析 174

9.2.3 组合荷载下的钢顶管稳定分析 185

9.3 曲线钢管的温度应力 186

9.3.1 数值分析方法 186

9.3.2 钢管内外温差引起的温度应力 187

9.3.3 曲线钢管整体温度变化的内力 191

9.3.4 曲线顶管曲率对温度应力的影响 193

9.4 曲线钢顶管接口受力性能 194

9.4.1 曲线钢顶管的接头形式 194

9.4.2 焊接钢顶管的弯曲性能分析 194

9.4.3 承插式管道接头的受力分析 195

9.5 工程应用 199

10 钢顶管中继间设计优化技术 201

10.1 工程特点及优化出发点 201

10.1.1 工程特点 201

10.1.2 优化出发点 202

10.2 中继间结构形式及仿真模拟 203

10.2.1 中继间的结构形式 203

10.2.2 受力工况 203

10.2.3 仿真模拟计算模型 203

10.2.4 仿真模拟结果分析 203

10.3 中继间闭合分析 208

10.3.1 结构形式3受外压作用 208

10.3.2 结构形式3受外压、内压共同作用 209

10.3.3 结构形式3受外压、温度作用 210

10.3.4 结构形式3受外压、内压、温度共同作用 211

10.3.5 四种工况下结果对比 212

10.4 焊缝高度对中继间闭合的影响 214

10.4.1 焊缝高度为14mm 214

10.4.2 焊缝高度为21mm 214

10.4.3 焊缝高度为28mm 215

10.4.4 焊缝高度变化结果对比 215

11 大口径钢顶管防腐组合技术 216

11.1 大口径钢顶管防腐工程特点 216

11.2 高性能外防腐耐久设计优化 217

11.2.1 外防腐层选择 217

11.2.2 熔结环氧粉末防腐层（FBE） 219

11.2.3 环氧玻璃鳞片涂层 222

11.2.4 加强级环氧煤沥青涂层 223

11.2.5 埋地钢质管道外防腐涂层的典型性能 226

11.2.6 外防腐层比较与选择 227

11.3 超稳定内防腐耐久设计 228

11.3.1 内防腐层选择 228

11.3.2 试样取样、制备 228

11.3.3 内防腐层涂覆 229

11.3.4 化学性质检测 230

11.3.5 浸泡试验 231

11.3.6 水泥砂浆裂缝实验 232

11.4 现场补伤、补口技术 233

11.4.1 补口技术分析 234

11.4.2 补口方法对比 234

11.4.3 焊接施工温度对补口材料的影响 235

11.5 杂散电流和牺牲阳极技术 235

11.5.1 杂散电流的分类和特点 235

11.5.2 杂散电流的检测 235

11.5.3 钢管阴极保护 236

12 输水系统水锤控制集成技术 239

12.1 水力过渡过程计算原理及数学模型 239

12.2 最大支线末端阀门关闭过渡过程计算分析 239

12.3 多级串联叠压支线末端阀门关闭水力过渡过程计算 241

12.3.1 计算工况 241

12.3.2 计算结果分析 242

12.4 水情变化支线末端阀门关闭过渡过程计算分析 245

12.4.1 计算工况 245

12.4.2 非咸潮期计算结果分析 245

12.4.3 咸潮期计算结果分析 248

12.5 各供水支线稳压措施复核计算 252

12.5.1 复核的条件 252

12.5.2 最大支线稳压措施设置方案复核 253

12.5.3 多级串联叠压支线稳压措施设置方案复核 256

12.5.4 水情变化支线稳压措施设置方案复核 260

12.6 串联加压支线泵站调度策略 262

12.6.1 全线停水停泵关阀调度原则 262

12.6.2 下级泵站抽水断电，惠南水厂、航头水厂响应 262

12.6.3 上级泵站抽水断电，下游泵站与水厂停泵关阀 265

12.7 串联加压支线供水初期水力过渡过程复核 268

12.7.1 计算说明 268

12.7.2 计算工况及事故调度原则 268

12.7.3 母泵站与上级泵站抽水断电计算分析 269

参考文献 278