水泵站停泵水锤计算及其防护措施研究 8页

'水泵站停泵水锤计算及其防护措施研究廖宗蓉川建筑职业技术学院设备工程系釆用简化的有限差分方程，建立特征线法水锤数学模型，并建立水泵断电泵处的水头平衡方程和转速改变方程边界条件。通过对停泵水锤进行模拟计算，研究突然断电后，发生停泵水锤的暂态过程屮，泵站及管路屮流量、水头、水泵转速和转矩随时间变化规律以及它们的极值，对泵站及输水管路设计，校核各种载荷、机组最大反转数，校核评价水泵机组及管道等主要设备的机械强度具有重要意义，并提出经济合理的水锤防护措施，以保证泵站、管道安全运行。关键词：停泵水锤;转动惯性;特征线;水头T衡;防护措施;廖宗蓉，女，1965年生，四川宜宾人，教授级高工，研宂方向为给排水工程。2017-05-02StudyontheCalculationandProtectionMeasureofPump-stoppingWaterHammerLIAOZongrongEquipmentEngineeringDepartment，SichuanCollegeofArchitectureTechnology;Abstract：Inthisstudythesimplifiedfinitedifferenceequationisadoptedtobuildthemathematicmodelofwaterhammerwithcharacteristiclinemethodandatthesametime,theboundaryconditionsofwaterheadbalanceequationandspeedchangeequationarealsoestablished.Whenthepowerissuddenlycut off,inthetransientprocessofpump-stoppingwaterhammer,theflow,thewaterhead,thespeedandthetorquewillchangethroughthetime.Thechangerulesandextremevaluesofthemarestudiedinthispaperbydoingthesimulatedcalculationonthehydraulictransientofwatersupplypipelines,whichissignificantfordesigningpumpstationandwatersupplypipelines，checkingvariousloadsandthemaximuminversion,checkingandassessingthemechanicalstrengthofsuchessentialequipmentsaspumpunitsandpipelines,andfindingouteconomicalandreasonableprotectivemeasuresofwaterhammerinordertoensurethesaferunningofpumpstationandpipelines.Keyword：pump-stoppingwaterhammer;rotationalinertia;characteristicline;waterheadbalance;protectionmeasure;Received：2017-05-020引言水泵机组因突然事故断电或其他原因而造成开阀停泵时，在水泵及管路系统中，因流速突然变化而引起一系列急骤的压力交替升降的水力冲击现象，即停泵水锤U1。停泵水锤对泵房和管路的安全有极大的威胁，可导致泵房淹没、设备损坏、设施被毁等重大安全事故。因此，研究突然断电停泵水锤暂态过程中，泵站及管路中流量、水头、水泵转速和转矩随时间变化规律以及它们的极值，对泵站及输水管路设计，校核各种载荷、机组最人反转数，校核评价水泵机组及管道等主要设备的机械强度，具有重要参考意义。1停泵水锤计算模型1.1特征线方程有压管道输水的水锤基本方程m:式中，H为流体压头，为水击波俾播速度，m/s;V为流速，m/s;x为管路长度的轴向坐标，m;D为管道直径，m;f为Darcy-Weisbach摩阻系数。由式（1）、式（2）得出管内流动暂态特征线有限差分方程: 式中，C为正特征线;C为负特征线。如阁1所示，将管路划分为N个间距均为Ax的步段，计算时段：A,D分别代表初始时段管段断面i-1节点和i+1节点;P点为计算时段At管道断面i节点。图1简化差分公式的矩形网格将计算吋段初始己知参数和常数结合：式中，Hpi为管道第i节点在计算时段At时的水头，m;QPi为管道第i节点在计算时段At时的流量，m/s;CM,CP为综合参数，可在各计算时段初始时先算出。式中，Qm1U,分别为管道第i_l节点在初始时段t=0时的流量、水头;Qi+bni+1分别为管道第i+1节点在初始时段t=0时的流量、水尖;B，R为计算常数，;六为管道截面积，m。式（7）、式⑻可改写为:1.2水泵无量纲全特性曲线方程水泵断电造成管道系统水力瞬变，而水泵特性直接影响管道系统的水力瞬变。将泵的全面性能曲线改造为无量纲全特性曲线UL便于建立泵的边界条件方程“水头平衡方程和转速改变方程”，为准确计算泵断电后水力瞬变暂态性能参数提供条件［4］。水泵无量纲全特性曲线方程为: 式屮，^为角度、弧度;A。，A:为水泵无量纲全特性曲线WU（x）的线性插入值;B«，为水泵无量纲全特性曲线WM（x）的线性插入值;Q,H分别为水泵的流量、扬程;N为水泵的转速，r/min;M为水泵的转矩，N•m;Qn,Hn,Nn,1。分别为水泵的额定流量、额定扬程、额定转速及额定转矩。1.3停泵水锤的边界条件1.3.1水头平衡方程式在事故停泵的暂态过程中，水头平衡方程式为：式屮，IL为泵在吸水管一侧的测管水头，mJL为泵在压水管一侧的测管水头，m;AH$力录的扬程，m;AHw力阀门引起的水头损失，m。式屮，Aik为阀门全开时的水头损失，m;t为阀门的相对开启度;C。为阀门全开时的流量系数。u|19|表明水尖损失的正负性，当正向流动时，n>0,AIU>0;当反向流动时，u〈0，AH^