水泵全特性曲线误差分析及其对停泵水锤计算的影响研究 76页

'摘要随着长距离输水工程的迅速发展和爆管事件的频繁发生，水锤分析计算及其防护也得到了工程技术人员的重视，在水锤计算的众多方法中，电算法—特征线法是近年来应用最普遍的一种方法。它的基础也是水锤基本微分方程式，借助于特征线，将该基本方程转化为便于计算机运算的有限差分方程式。因此，在停泵水锤分析计算中，对水泵全特性曲线的研究是很重要的。本文以比转数Ns=80、127和333为例，研究了水泵全面性能曲线的误差及其对停泵水锤的影响，最后结合大量工程实例，进行了全面的分析计算，本论文进行的主要工作如下：(1)详细阐述了水泵全特性曲线的意义以及在停泵水锤计算中的应用，重点介绍了比转数脖80、127和333的水泵全特性曲线数值化离散数据，经过读图和计算得到大量数据，包括水泵全面性能曲线的最大值、最小值和理论值。(2)以比转数Ns=80、127和333的水泵为例，用大量数据和图标来分析水泵全特性曲线数值化离散数据的绝对误差和相对误差，通过对水泵全特性曲线误差分析，发现相对误差值较大，这种误差对停泵水锤计算有影响。(3)以延川某引水工程三级泵站、辽宁阜新某输水工程一级泵站、延川某引水工程五级泵站、吉林省某输水工程泵站和辽宁某输水工程泵站为例，在相同工况下，分别把Ns=80、127和333的水泵全特性曲线的最大值、最小值和理论值代入程序计算，结合最高水头包络线分析了水泵全特性曲线误差对水锤升压的影响，最后得出的结论如下：①水泵全特性曲线误差对停泵水锤影响较大，特别是对大管径、高扬程管道影响很大。②水泵全特性曲线误差对停泵水锤影响较大，尤其是对水泵附近的管道影响较大，能在很短的时间内使水泵附近管道中的水流波动较大。③水泵全特性曲线误差对停泵水锤最低水压值影响不大。④水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响大小和管道中水锤波波速也有关系。⑤为了避免水泵全特性曲线误差对停泵水锤计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。关键字：停泵水锤，全特性曲线，数值化，误差分析 pump—O仃waterhammercalculationindetail．MainlyintroducedthediscretedataoftheFull—featuredPumpCurvevalueunderthespecificdataNs=80，127and333．Largeamountsofdata,includingthemaximum，miBimBmandthetheoreticalvalueoftheFull—featuredPumpCurve，aregotbypicturingandcalculating．(2)AsspecificdataNs=80，127and333ofthepumpforexample，weusedlargeamountsofdataandtheFull-featuredPumpCurvediscretedatavaluestoanalyzetheabsoluteerrorandrelativeell?Or．BytheerroranalysisofFull—featuredPumpCurvefoundthatrelativeerrorislargewhichhaveimpactonthecalculationofpump—offwaterhammer．(3)AsthethreepumpingstationsofYanchuanwaterdiversionproject，onepumpingstationofFuxinwatersupplyprojectinLiaoningProvince，fivepumpingstationsofYanchuanwaterdiversionproject，pumpingstationofJilinProvincewatersupplyproject，pumpingstationofLiaoningProvincewatersupplyprojectforexample，themaximum，minimum，andtheoreticalvaluesofFull—featuredPumpCurveunderNs=80，127and333weresubstitutedintotheprogram，whichwerecalculatedunderthesameconditions．Combinedwiththemaximumheadofthepumpenvelope，weanalyzedtheimpactofpump—offwaterhammerstepontheerrorofFull—featuredPumpCurve，thefmalconclusionareasfollows：①TheerrorofFull·featuredPumpCurvehaveagreaterimpactonpump—offwaterhammer,especiallyimpactonthelargediameter,hi曲liftpipeline．III ②TheerrorofFull．featuredPumpCurvehaveagreaterimpactonpump-offwaterhammer,especiallyimpactonthepipelinenearthepumpwhichleadthatithasgreatwaterflowfluctuationsinaveryshortperiodoftime．③TheerrorofFull—featuredPumpCurvehavelittleimpactontheminimumpressurevalueofpump-offwaterhammer．④TheeffectofFull··featuredpumpCurveerroronpump··offwaterhammerarealsorelatedandwitllwaterhammerwavevelocityofthepipe．⑤InordertoavoidtheuncertaineffectoftheerrorofFull．featuredPumpCurvecalculationresults，pleasetrytousethetheoreticalvalueoftheFull-featuredPumpCurvetohavethepump—offwaterhamlTlercalculation．Keywords：Pump·offwaterhammer,Full-featuredCurve，numeralization,erroranalysisIV 目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。11．1国内外水资源现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1．2长距离输水工程的迅速发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。31．3近年来的爆管事件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5第二章水锤基础理论及计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．1水锤基础理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．1．1水锤的起因【131⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．1．2水锤基本微分方程式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．72．2水锤分析计算的常用方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．2．1算术法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．2．2图解法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．2．3电算法——特征线法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．82．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．12第三章水泵全面性能曲线介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133．1水泵全面性能曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．133．1．1相似理论【冽⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．133．1．2水泵全面性能曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143．2水泵全面性能曲线的改造f32∞,341⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．163．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．20第四章水泵全特性曲线误差分析⋯。4．1造成等扬程曲线WH(x)与等转矩曲线WM(x)误差的原因⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．214．2比转数Ns=80全面性能曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．224．2．1比转数Ns=80的等扬程曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．234．2．2比转数Ns=80的等转矩曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯264．3比转数^皆127全面性能曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．294．3．1比转数飓=127的等扬程曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯294．3．2比转数凰=127的等转矩曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．4比转数Ns=333全面性能曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36V 4．4．1比转数Ns=333的等扬程曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．4．2比转数Ns=333的等转矩曲线误差分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．455．1比转数为80的三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯。455．1．1延川某引水工程三级泵站水锤分析计算实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．455．1．2辽宁阜新某输水工程水锤分析计算实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．2比转数为127的三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯535．2．1延川某引水工程五级泵站水锤分析计算实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．535．2．2吉林省某输水工程水锤分析计算实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．565．3比转数为333的三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响研究⋯⋯⋯⋯⋯595．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．63第六章结论与展望．6．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．646．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一65参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。攻读学位期间取得的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯681ilI：谢．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．VI⋯69 长安大学硕士学位论文1．1国内外水资源现状(1)全球水资源现状第一章绪论长期以来，人们都认为水是取之不尽用之不竭的。据统计，占世界人口40％的80个国家严重干旱，12亿人口生活在缺水的城市【11。人类社会为了满足生活及生产的需求，要从各种天然水体中取用大量的水，其数量是极为可观的。除生活用水外，工业用水量也很大，几乎没有哪种工业不用水。地球表面大部分是水域，全世界淡水总量超过3700万立方千米。可是这些淡水中有3／4(约2900万立方千米)储藏在冰川和南北两极的冰层里，现有的技术水平尚难以利用，剩下的几乎都在地下含水层里(约840万立方千米)，目前的主要供水来源，包括湖泊与河流(20万立方千米)，还不到全部储蓄量的1％，如此少的可利用淡水使全球水资源面临巨大的压力[21。从全球范围来看，淡水消耗量的70％以上主要用于农业灌溉。随着全球农业的迅速发展，预计农业用水的需求还要大幅度、大范围增加。对于城市区一域，尤其是发展中国家或发达国家，生活用水量需求增长的速度将非常快。除生活用水外，工业用水量也很大，目前工业用水超过农业用水仅有北美洲和欧洲这两个地区。随着现代工业的迅速发展，工业用水量逐年增加，到2025年，预计工业用水量是现在的1倍以上【31。全球水资源短缺，水污染更是水资源的一种极大浪费。世界卫生组织统计，世界上⋯。许多国家正面临水污染和水资源危机：每年有300万"--450万人死于和水污染有关的疾病。在发展中国家，各类疾病有80％是因为饮用了不卫生的水而传播的。初步调查表明，我国农村有3亿多人饮水不安全，其中约有6300多万人饮用高氟水，200万人饮用高砷水，3800多万人饮用苦咸水，1．9亿人饮用水有害物质含量超标，血吸虫病地区约l100多万人饮水不安全。从上面的数据可以看出，世界上的水资源短缺，加之各行各业用水量大，且水污染比较严重，再加上水资源分布不均衡，导致全球水资源总体呈现短缺的状态。(2)中国水资源现状我国水资源丰富，但并不是一个富水国，而是一个缺水国。1999年6月国家环保总局在《中国环境状况公报》上的统计资料指出，我国淡水总量是2740亿立方米，居世界第六位，人均水量为2300立方米，是世界人均占有淡水量的1／4，排世界第110位， 第一章绪论属于13个最贫水国家之一。资料显示，目前全国每年缺水量达6000亿立方米，我国水资源总量中，可利用水的储存量仅有11000亿立方米，而用水量以达5600亿立方米，也就是说用水量以占库存量的50％以上。由于人口的增长和工业的发展，用水量每10年增加1000亿立方米。如此严峻的水资源状况应该足以引起人们关注【4】。据预测，到2030年我国人口增至16亿时，人均水资源量将降低到1760立方米，按国际一般承认的标准，用水紧张国家的标准是水资源人均量少于1700立方米。成都地区本应该是用水量富饶区域，但如今已是用水紧张，在2002年成都地区的水资源报告中指出，它的人均水资源量已少于1700立方米，由此可见，我国水资源的形势十分严峻。根据在全国的调查显示，669个城市大概有60％属于常年供水不足，16．4％的城市属于严重缺水。在水资源如此短缺的情况下，在开发和使用中水资源的有效利用率也只有16％，这也是一种极大的浪费。地球上的淡水资源是非常有限的，水不会在自然循环中增长，也就是说水被污染的越多越严重，人类可开发和利用的淡水资源就会越少。1990年，在首都举行的国际环境讨论会上的材料指出，我国的141条总长度约为2万公里的河流被严重污染，11亿人口中有65％的人喝着不适合引用的水。为此，近年来国家又颁布了《水法》，用法律的形式明确水是国家的资源，以及国家保护水资源的基本政策、方针和做法，也明确了水必须有偿使用，规定各行各业不论使用地下水，还是使用地表水都要收费，向公共水体排水也要收费，若污染超标还要受罚。这一系列法律法规都促使人们高度重视节约、有偿使用水资源，最大范围内减少水资源的污染，以利于工农业进一步快速发展和人类自身的生存、繁衍。因此，结论只有一个，水资源的使用，应走可持续发展的道路。随着工农业的迅速发展和人口的增长，水资源的战略地位日益突出，合理开发并优化配置水资源，已成为我国全面建设小康社会所面临的重要课题。我国水资源的概况与特点是：①．人均偏少根据统计，我国的多年平均降水总量为6．2万亿立方米，除通过土壤直接利用于天然生态系统与人工生态系统外，可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量为2．8万亿立方米，居世界第六位，但人均水资源量不足2200立方米，是世界人均水平的1／4；耕地公顷平均水量约为2．66万立方米，约为世界公顷平均水量的3／4[5’。②．时空分布不均我国水资源的时空分布方面，在地区分布上南多北少，南方多洪涝灾害，北方多于2 长安大学硕士学位论文旱缺水；在时间上年内、年际分布不均，水旱灾害频繁。从时间上看，我国水资源的时间分布很不均衡，降水主要发生在夏季，由于降水过分集中，大部分地区每年汛期连续3"--4个月的降水量占到全年降水量的60"--80％，很容易形成春旱夏涝，而且水资源量中大约2／3是洪水径流量，造成江河汛期洪水非汛期干涸的局面。从空间上看，我国年降水量从东南沿海向西北内陆地区递减，形成东南洪涝、西北干旱土地资源与水资源不相匹配的局面【卯。纵观国内外水资源状况，各行各业都在采取各种措施来合理用水。例如：以前的就近取水已不再适用，慢慢的被长距离输水代替。1．2长距离输水工程的迅速发展对人类而言，地球上仅有的、可利用的淡水资源在地区分布上非常不均衡。我国水资源总量丰富，但人均占有量仅为世界人均值的1／4，而且水资源的分布也极不均匀，南、北方人均水资源量最高与最低相差近十倍【6】。长江、珠江、松花江水资源较丰富，多年平均年径流量达1．3万亿平方米以上，黄河、淮河、海河、辽河的水资源则十分紧缺。北京、天津、青岛、大连等城市缺水最为严重。因此，要解决这种水资源时空上分布不均匀的难题，就必须以跨地区、跨流域的长距离引水代替就近取水工程，所以长距离引水是目前解决水危机的重要途径之一。长距离管道输水工程的特点是：输水管道长、位差大，沿途地形土质情况复杂等。其输水形式分为重力流输水、压力流输水。例如印度的恒河、埃及的尼罗河、南美的亚马逊河、北美的密西西比河等，都建有大型的长距离输水工程。苏丹港引水工程就是长距离输水工程，水源为尼罗河河水，从Dama到苏丹港，输水主管道长度约471．725公里；巴基斯坦西水东调工程也是长距离输水工程，1947年巴基斯坦独立后，印度河干和它的五条支流的上游划入印度和克什米尔，下游划归巴基斯坦，巴基斯坦的大片耕地失去水源，为解决这个问题，巴基斯坦制定了由西部向东部调水的西水东调工程规划【7，8】；我国北方地区、西北地区和沿海城市，越来越多的长距离输水工程也已经建成投产。例如有南水北调工程、西安黑河引水工程、秦皇岛引青济秦工程、引黄济青、引黄入晋、引黄入卫、中美合资昌黎供水工程、石家庄岗黄水库供水工程、保定市西大洋水库供水工程、唐山曹妃甸输水工程等长距离管道输水工程。由此看来，长距离输水工程在世界范围内的发展极为迅速，这也是解决水资源危机的一种有效办法。长距离输水工程的快速发展，虽然在很大程度上解决了区域性水资源短缺的问题，但是也带来了很多技术上的难题，例如：近年来输水管道爆管事件层出不穷，这不仅是 第一章绪论水资源的一种极大浪费，更给社会主义建设带来了巨大的经济损失，有的还造成人员伤亡。下面通过一些事例说明爆管事件的危害。1．3近年来的爆管事件许多城市跨流域、跨地区寻找水源的原因是近区水源的水质和水量已不能满足供水需求，因此越来越多的近区取水工程被远距离跨流域引水工程代替。长距离引水工程管道多起伏，管径大和压力都较大，并且有倒虹吸，因而长距离调水水力条件复杂，尤其是某些城市供水系统管路日益老化，再加之各种人为因素对管路造成的破坏性影响，从而导致管道爆管和漏损事故率高，事故规模大，危害严重19,10]。下面的这些事例说明了爆管事故率高、危害大。(1)大溪供水公司水源是太湖水库，靠自由压差，自压到供水公司滤池，管线全长46．2公里，大部分埋深在0．5"--"1．5米之间。6年来，此管段因爆管漏水共计发生108次事故【111。(2)新疆黄洋泉输水工程是全国距离最长的输水工程之一，也是爆管事故最严重的一项工程。从1992年"-"1993年试水运行，共发生爆管34次叫。(3)2004年，郑州市因为爆管事故损失自来水300多万立方米。而按照郑州市西流湖储水量50万立方米计算，郑州市仅当年就白白流失了6个西流湖。按照三口之家每月用水量12立方米计算，这些水可以供2万多户人家用一年。2005年上半年，郑州发生爆管事故670多起。而2010年的三次严重爆管事件中，受到影响的人数也从30万人、80万人到上百万人。(4)2011年2月24日中午，四川省遂宁市城区明月路与遂州北路交叉的十字路口主供水管道爆裂，导致该十字路口一片汪洋，部分地方最高水位达到数十厘米。同时，公路路面也被强大的水压抬起几十厘米高，城北片区约2000户居民的正常生活受到影响。(5)常州市自来水集团公司长江水源西石桥水厂向市区输水的大口径管道，管线全长17．61公里。管道穿越河流12次，有一部分穿越农田，还有一些埋设在乡间道路之下，部分敷设在扩建的交通主干道下面，地形起伏，管内水力条件复杂多变。最近一年内发生4次爆管【111。(6)随着厦门经济特区的迅速发展，城市用水量也日益增长，因此市政供水管线数量急剧增加，遍布大街小巷。近几年来，由于受各种因素的影响，市政供水管道爆管情况时有发生。每次爆管发生时，都有成千上万吨的自来水冲出，倾刻之间陆地就成为一片汪洋，严重妨碍附近居民、工厂企业的正常生活及生产，并且使该地区交通中断，给社会带来很大的震动和影响。4 长安大学硕士学位论文(7)宝鸡冯家山水库供水工程管线全长10．21公里。此引水管道工程于1998年5月底完工，经过分段通水和全线联动试水后，在1998年9月16日开始向净水厂及市区管网试供水。至1998年12月23日发生第1次爆管事故，安全试运行98天。此后，又相继于1999年4月17日和1999年4月22日凌晨发生了第2第3次爆管事故。(8)2009年12月22日下午，四川省位于南充镇江东路二段南(充)西(充)输水工程主供水管断裂后，造成10多米高的塌方现场，包括西充全城在内的20多万人用水受到影响。这是一个月来的第4次爆管。(9)据统计，杭州城2004年至2007年共发生DN300mm以上供水管道爆管事故34次。城市的主干道或次干道是爆管事件多发地，造成自来水大量流失，也带来了大范围、大面积停水等严重后果。经济损失惨重又给城市供水企业带来了负面影响，与构建和谐社会的主题格格不入。1．4本章小结本章首先用一系列数据说明了全球水资源紧缺的状况，进而讨论了我国水资源的特二点：人均水资源偏少，时空分布不均匀。我国虽然水资源丰富，却是一个缺水的国家，要解决农业大量用水及工业大量水用的问题，就要抛开故有的就近取水的思想，采用长距离引水来解决我国这种水资源时空分布不均的难题。紧接着本章介绍了我国长距离输水工程的发展现状，在长距离输水工程中存在一项难题，那就是长距离输水停泵水锤的分析计算及防护，停泵水锤的发生对于长距离输水工程来说破坏性极强，而且其造成的经济损失巨大。本章最后用一些爆管事例说明发生停泵水锤的频率高且损失惨重，所以停泵水锤的防护应引起人们的高度重视。5 第二章水锤基础理论及计算方法2．1水锤基础理论2．1．1水锤的起因113l在长距离输水工程中停泵水锤防护一直都是一项难题，所谓水锤就是在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象，又称为水击【12,13,14]。。发生水锤的因素有：(1)边界(技术)条件的变化①泵的停止和启动。②管道系统中，开启、关闭阀门以及调整阀门开度，都会改变管路系统的边界条件，产生的压力波将向下游或向上游传递，从而引起管道系统有阻尼的振荡流动。③上游水池(或水库)水位改变以及水位震荡都会影响下游管道系统的瞬变流动。(2)调节工况的发生根据工程需要，管路系统或者泵系统由一种稳定工况过渡到另一种稳定工况，在此过渡过程中的流动是非定常流动，例如当电厂的负荷发生某种变化时，循环水泵、凝结水泵、给水泵的流量都会从某一定常值转变为另一个定常值，同时，凝结水泵和给水泵吸水池的液面压力也将会发生变化，所以负荷调节的过程将会造成泵系统及其管系发生瞬变流动。(3)非调节工况的出现除调节工况外，由于设备发生故障或工作人员的误操作，会发生非调节工况，比如联轴器断开，水泵密封环被咬住，致使水泵转动困难而使电机过载，由于保护装置的作用而将电机切除的非调节工况等。(4)其他因素泵、风机、汽轮机中的叶轮或导叶的振动引发的系统的瞬变流动，漩涡引发的吸水管的不稳定及振动，以及自然因素等。在引起水锤的诸多因素中，停泵水锤是最主要最常见的一种水锤形式，而且停泵水锤防护的技术难度大，下面主要对停泵水锤做分析介绍。离心泵本身供水均匀，正常运行时不会产生水锤危害，而且一般正常停泵也不会引起水锤。所谓停泵水锤是水泵机组因为突然断电或者其他原因，造成开阀停车时，在水泵以及管路中，流速发生递变从而引起的压力递变现象。6 长安大学硕士学位论文突然发生停泵的可能因素有[15,16,17】：(1)由于电气设备或者电力系统突然发生故障，人为的误操作等原因致使电力供应在无防护的情况下突然中断。(2)自然条件因素引起突然断电。例如雨天雷电的破坏作用。(3)水泵机组发生机械故障，如水泵密封环被咬住，致使水泵转动困难而使电机过载。(4)在自动控制泵站中维护管理不善，也可能导致机组突然断电。停泵水锤最突出的特点是：突然停泵(电)后，水泵工况由稳态开始进入水力暂态过程，其第一阶段为水泵工况阶段。这个阶段，由于停电使得主驱动力矩消失，机组不能在力矩平衡的正常运行状态下工作，转速降低，由于惯性作用仍能继续正转。机组转速的突然降低导致压力降低和流量减少，所以先在泵站处产生压力降低。这和水力学中叙述的关阀水锤显然不同。2．1．2水锤基本微分方程式水锤过程中的运动方程和连续方程两部分组成了水锤基本微分方程式。它是全面表达非恒定流在有压管道中流动规律的数学表达式，是一维波动方程的一种形式【18,19,20]。运动方酰a缸n专詈《罢4‘五f訾=。亿l，连续方程为：罢+y(警“na)+生g鼍=o(2．2)出＼出／斑式中卜管路中某节点的水头(m)；厂——管路摩阻系数；y——管内流速(m／s)，其正方向为流向阀门；a——管路与水平面的夹角：口——水锤波传播速度(融)；x——-位置坐标，其正方向为指向阀门。其中，水锤波波速计算方程式为【2l】：匡口：望竖√¨等亿3，式中卜管壁材料的弹性模量；7 第二章水锤基础理论及计算方法卜水的体积弹性模量；卜管径；r管壁厚度；P——管壁应力；从上式中可以看出，管径D越大，a值越小，水锤升压值也越小；反之则大。管壁厚度e越大，则a值越大，水锤升压值也越大；反之则小。所以，管壁薄，富有弹性的大口径金属管对减低水锤压力有利。2．2水锤分析计算的常用方法2．2．1算术法在20世纪30年代前，水锤暂态过程主要应用连锁方程进行反复的算术运算。算术运算通常只能解决上、下游边界条件比较简单的水锤问题，并且，计算工作量十分浩繁。2．2．2图解法从30年代起，图解法逐渐发展完善起来。图解法是根据前述的共轭方程，有简捷和直观的优点，并且能适应较为复杂的管路系统和边界条件。水锤图解法虽然物理概念清晰，易于理解，可直观地显示水锤压力的变化过程，但图解法的计算精度取决于精细的作图技巧，并且仍必须逐点手绘，特别对于复杂的管道系统和摩阻损失占比重较大的长管道系统，计算精度较差，计算工作量也大。2．2．3电算法一特征线法水锤图解法虽然物理概念清晰，易于理解，可直观地显示水锤压力的变化过程，但这一方法由于做图过程多次重复，图解结果可能出现累积误差。特别对于复杂管道系统和摩阻损失占比重较大的长管道系统，计算精度较差，多次重复作图非常繁冗。从60年代起，随着电子计算机的发展，用电算求解水锤问题日益得到重视。它的基础也是水锤基本微分方程式，借助于特征线，将该基本方程转化为便于计算机运算的有限差分方程式。这种方法基本上可分为两步：第一步是将水锤方程这组偏微分方程变成在特定条件下的常微分方程组；第二步是对这组常微分方程组沿其特征线积分，得到便于进行数值计算的有限差分方程，再进行有限差分求其数值解。特征线法有很高的计算精度，而且计算速度快，收敛性好，是非常有效的计算方法。(1)特征线微分方程瞄’23洲运动方程和连续方程是一对准线性双曲型偏微分方程，自变量为沿管路的长度X和8 (2．4)(2．5))和(2．5)等价的两个常微分(2·6)C+(2·7)(2·8)C一(2·9)用图2．1进行说明。图中A和B点代表地点X和时刻t已给定的两个点，它们的H和y值是已知的。式(2．7)表达的是通过A点的C+曲线，沿着C+曲线应用式(2．6)；式(2．9)表达的是通过B点的C一曲线，沿着C一曲线应用式(2．8)，因此联立式(2．6)和式(2．8)解出的日和矿值，就是两曲线交叉点尸上的参数日P和砟。曲线C+和C一叫作特征线，式(2．6)和式(2．8)叫作相容性方程。因为求解过程中是沿着特征线C+和C一进行的，因此只能得到特征线交叉点尸上的参数值。图2．1特征线方程的意义9 第二章水锤基础理论及计算方法(2)有限差分方程式有限差分方程式的推导分别是从A、B点沿C+、C一积分到P点，则A点的H由只变为耳，Q由Q变为绋，B点的H由I-Z．变为耳，a由Q变为QP，可得近似简化积分式为：缉一吼+云(绋一g)+啬QlQI=。(2·1。)缉一％一云(Q尸一Q)一面fhx绕IQI=。(2·11)以上两式称为有限差分方程式，缸和址取值越小，它们和原积分式就越接近。(3)简化的有限差分方程式为了便于计算机计算，必须离散化该偏微分方程组，为此，沿着特征线把它转化为水锤全微分方程：一g—dH+d_ZZ+型：oadt2D出——=+口西(2·12)C+(2·13)I鸟鸟丛■2·14)adt2DI，1一r鱼一一l(2·15)a——=一I、’7式中Ax=a址。描述水锤计算过程利用的是以X、，为坐标的矩形网格。如图(2．2)，将管路平均划分为』v个间距为5x的步段，断面序号用i表示，管路初始端断面卢l，终端断面f爿怦1，计算时间段则为At：垒。序号角标"i-1、i+1”分别代替相容性方程中的角标A、B，“尸f"则代替P点角标。角标改变后，(2．10)、(2．11)可简化为：月二一耳一。+曰(％一Q一。)+RQ一。IQ一。I=o(2．16)^0一目+。一B(9∥一Q+。)一只Q+，IQ,+。I=0(2．17)10 CP=E一，+BQ一。一尺Q一。Io,一。I(2．21)o=耳+l-B0,+。+RQ+。IQ+。l(2．22)参数B、R和综合参数c口、％可在计算开始时段时先算出。式(2．18)、(2．19)也可写为【25，26，27】：％：!尝(2．23)绯=簪，(2．24)式(2．18)～式(2．24)便是相容性方程，它可以直接编入计算机程序进行水锤分析计算。当各个点初始的O、H值和边界点的条件方程己知时，就可利用前一时段％时刻已知的Q、Ⅳ值，用方程式(2．21)和(2．22)求出后一时段％+At的Q、H值，在本文中，实际工程的水锤计算都将反复利用以上公式。应当说明的是，特殊边界点的瞬时Q、H值与内结点的计算不同，前者必须通过各个瞬时的边界条件确定，后者的计算就用以上介绍的方法计算。 第二章水锤基础理论及计算方法2．3本章小结本章首先分析介绍了引起水锤的原因：①边界(技术)条件的变化，②调节工况的出现，③非调节工况的发生，④其他一些因素。水锤分析计算的基础在于水锤过程中的运动方程和连续方程，它是全面表达有压管流中非恒定流动规律的数学表达式，是一+维波动方程的一种形式。水锤计算的常用方法有算术法、图解法和特征线法。随着计算机的发展，近年来水锤计算的方法主要是特征线法。它的基础也是水锤基本微分方程式，借助于特征线，将该基本方程转化为便于计算机运算的有限差分方程式。这种方法有很高的计算精度，而且计算速度快，收敛性好，是非常有效的计算方法。 长安大学硕士学位论文第三章水泵全面性能曲线介绍3．1水泵全面性能曲线3．1．1相似理论[28】调速运行时指可调速的电机驱动水泵运行，通过改变电机转速来改变水泵的工况点。离心泵在定速运行时，考虑的是如何充分利用其Q．日曲线上的高效工作“段"，而对变速运行工况而言，重点在于城市管网用水量逐时变化的情况下，如何充分应用通过变速形成的离心泵Q．日曲线上的高效工作“区’’。因此，调速运行极大的扩展了离心泵的有效工作范围，是泵站运行中十分广泛而合理的调节方式。所以，根据流体力学中的相似理论，并借用实验模拟的手段，可依水泵叶轮在某一转速条件下的已知性能换算出它在其他转速下的性能。水泵叶轮的相似理论是基于几何相似和运动相似的基础之上的。水泵叶轮的相似理论有三个方面：第一相似定律：两台相似水泵的流量与转速及容积效率的乘积成正比，与线性比例尺的三次方成正比。用公式表示如下：旦：卯旦．旦(3．1)线77，m甩历第二相似定律：两台相似水泵的扬程与转速及线性比例尺的二次方及水力效率的一次方成正比。用公式表示如下：导：允：且．仁)z(3．2)日。77^。、玎肘。第三相似定律：两台相似水泵的轴功率与转速的三次方，线性比例尺的五次方成正比，与机械效率成反比。用公式表示如下：丁N：∥堕．仁)3(3．3)一2／L——·I一，～．)．．)，』V肘，7m刀m实际中，如实际水泵与模型水泵的尺寸相差不太大，且工况相似时，可近似地认为三种局部效率都不随尺寸而变，即77，=叩，肘、，7。=叩。m、叩m=，7研胂，再把相似定律应用于不同转速的同一台叶片泵，就可得到下式：莹=卺、每H=c≯坠N2c≯3随4，Q刀22、甩27、咒27这三个公式表示同一台水泵，当转速，z变化时，其它性能参数将按上述比例关系而变，称为相似律。在第四章关于等扬程曲线WH(x)与等转矩曲线WM(x)误差分析时，对水泵13 第三章水泵全面性能曲线介绍的相似定律有进一步的介绍。3．1．2水泵全面性能曲线水泵全特性曲线表示水泵在任意可能运行条件下的特性，其中亦包括了停泵水锤过程中可能出现的正转水泵、正转水轮机和正转逆流制动水泵的运行特性。一般所谓水泵全特性曲线指水泵正常工作条件下的特性曲线。这里所说的正常是指：①．水泵正转，且叶轮转动的速度和方向不变；②．水向压水侧流动，且吸水侧水头低于压水侧：③．被抽送的液体获得了原动机的机械能。如果把水泵正常运转的扬程从转速Ⅳ、转矩M和流量Q取作正值，而把水泵倒流流量、倒转转速及与从日相反方向的转矩、扬程都取作负值，那么在特殊运行条件下，这些工作参数中的一个或几个是负值的情况下水泵可以运转。水泵的全特性曲线就是指扬程、流量、转矩和转速各种不同组合情况的运行特性。水泵的全特性曲线通常由专门的实验得到[29,30]。泵一水轮机根据其工作参数(总扬程从流量Q、转速Ⅳ、功率形等)之特点，可有八种工况：两个水泵工况，两个水轮机工况，四个制动工况。对叶片泵而言，除正常工况外，其他七种工况简称为叶片泵的反常工况。为了研究各种工况与泵一轮机各工作参数的关系，首先要对各工作参数的“正"、“负"号加以规定(图3．1)。所谓正常水泵工况，就是我们常见的水泵工况，这时‘121：①．水泵的总扬程日是正的，即图3．1中B点的液能大于A点的液能(EB>EA)。②．水泵的流量Q是正的，即在水泵叶片中液体流动的方向是由A到B。③．水泵的转速N(转向)是正的，即图3．1中的转动方向。④．水泵的功率形是正的，即原动机(如电机、内燃机等)驱动水泵，并将能量输送给液体。如果形为负值，即液体向水泵输入能量。⑤．原动机作用于泵轴的力矩M为正值，因为角速度及功率都是正值。为了鉴别各种工况，还需要定出判断液体流过水泵后其能量是增加还是减少的标准。如果Q×H是正值，则液体流过水泵后能量是增加的；如果QxH是负值，则液体流过水泵后能量是减少的。能量增加以缸为正来表示，反之，以缸为负来表示。14 长安大学硕士学位论文风⋯图3．1两心泵叶轮及叶片示意现在可以应用上述各种标准来鉴别各种工况【131：①．凡功率形为正值(泵将能量输给液体)，而液体流过水泵后能量又是增加时(缸为正值)，则称这种工况为水泵工况。②．凡功率形为正值(泵将能量输给液体)或功率等于零，而液体流过水泵后能量减少或是不增加时，则称这种工况为制动(耗能)工况。③．凡功率∥为负值(液体将能量输给水泵)，而液体流过水泵后能量减少时(施为负值)，则称这种工况为水轮机工况。由上面所述，对四象限性能曲线就可以结合八种工况和全面性能曲线作定性的分析。离心泵的四象限性能曲线乃是在总扬程H(或力矩M)和流量Q的坐标系上表示全部工况下，流量Q与总扬程H(或力矩M)的关系的曲线，由于各从Q、Ⅳ、M等参数将会出现负值，因此这些曲线可能会溢出第一象限而扩散到其它象限中去；所谓水泵的全特性曲线，是指在转速Ⅳ和流量Q的坐标系中，表示全部工况下各个工作参数之间关系的一系列曲线，这时力矩M和总扬程日均以等值线的方式绘出。在图3．2中定性地绘出当转速Ⅳ为某一正值时的H-Q特性曲线ABC及M-Q特性曲线肋M转速Ⅳ为某一负值时的H-Q线DF和M-Q线PQ。先看转速Ⅳ为某一正值时的情况。在图3．2的第一象限中O卢<09>10卢／>0卢<007r／21837r／2伽舢对南南，●●●H●●●，‘●●●_=●【 长安大学硕士学位论文上．o励y1．0／。’、／—、／j删r0．5—、么／／飞＼O／＼／『pf＼。～／JjI豺—O．5／0||}，弋／一1．O＼／—1．5＼／V—2．0WM0Ⅱ／2兀3Ⅱ／22Ⅱ图3：3水泵在纠Vl-／I-x，WM-x坐标上的全特性曲线或者采用极坐标的形式，绘制各参数之间关系的两条封闭曲线来代表水泵的全特性曲线。显然，尽管两种曲线的表达形式相似，但采用直角坐标系WH-x、WM-x的形式，对于计算水锤较为方便。由图可见WH(x)和WM(x)曲线的形状比较复杂，很难用简单的数学公式对它做比较满意的的近似描述。对于计算机而言，只要有从这些曲线上取下的一系列离散数据，供其调用就可以了。在WH-x、WM-x坐标系上的水泵全特性曲线具有如下特点：①．进行了x=兀+arctgv变换之后，在任何运行：Y-i兄点x值都在0"--"2z范围内变P化，且卢、v不可能同时为零，因此，在全部水泵运行工况，WH、WM均为有限值。②．WH-x、WM-x坐标上的水泵全特性曲线，既保持了水泵各种不同运行工况相似准则，又可在直角坐标系上用两条连续的曲线来表示水泵全部运行区域的特性，使水泵全特性的表达方式大为简化。③．当基准值选取水泵的最高效率点时，在水泵的额定工作点上，其无量纲扬程h、无量纲流量1，、无量纲转矩m、无量纲转速卢均为1，对应的x=1．25万，WH=WM=O．5，对停泵工况水力过渡过程中一些特别重要的点，如机组反转的瞬间，尽管v／卢为无穷大，但经坐标变化后，x=O(逆流)或者X=g(正流)，这就有可能保证对计算有用点尽可能扩大到足够大的范围。④．所选用代表全性能参数的自变量x，物理意义非常明确，对于水泵的各个不同工况，其对应的曲线段可在曲线中找出，从而利于对水锤分析计算进行检查。19 第三章水泵全面性能曲线介绍为便于输入计算机进行水锤计算，可以在O"--2z范围内，将其进行等分。在第四章中会详细介绍这部分内容。3．3本章小结水泵全特性曲线表示水泵在任意可能运行条件下的特性，其中包括了停泵水锤过程中可能出现的正转水泵、正转逆流制动水泵和正转水轮机的运行特性。本章的重点是水泵全特性曲线的改造，水泵全特性曲线的改造基于相似理论，所以，本章一开始先介绍相似理论，紧接着介绍了水泵全特性曲线及其改造。水泵全面性能曲线最终被改造为以相对流量肛∞玎为横坐标，相对转速卢=N／Nn为纵坐标的一系列等扬程曲线和等转矩曲线。目前国内外刊载的有关水泵全特性曲线的资料很少，仅有凰为80，90，110，128，330，530，950等水泵全面性能曲线资料。 长安大学硕士学位论文第四章水泵全特性曲线误差分析4．1造成等扬程曲线WH(x)与等转矩曲线WM(x)误差的原因(1)WH(z)和WM(工)的计算方法以等扬程曲线为例，设给定的角度x与全特性曲线任意两条等扬程线交于两点i和七，即f点和后点位于同一条直线上。如函4．1所示。Vt2百Oi，盱瓦Ni，Vt2百Qk，段2惫(4．1)Vi—Oi／ON—OipiNi／NNNiVk—Qk／ON—OkpkNk／NsNk(4．2)叠r／／nk儒．坠0—／、1．L⋯憋一／————一＼／由于点i和七点位于同一条直线上，即：蔷2pV。k=g(常数)图4．1所以f点和七点为相似对应点，满足相似理论。则同时满足：可Hi2葡N22器妣导2鲁2簧2簧h：h．1一I可得：K2+／3；2(1+c2)所则：一Oi：一NiQkNk(4．3)hI—hk，’，：+所(1+c2)群由相似定律知：丽i。研k肌Wn2击2研hk⋯．2矗21(4．4)(4．5)(4．6)(4．7) 第四章水泵全特性曲线误差分析触碥到铺黜黼欺式胁南2森⋯·5南(4．8)所以，从理论上分析，当给定角度x后，直线与各等扬程线的交点的删G)值都相等。同理可推出当给定角度x后，直线与各等转矩线的交点的≯聊G)值也都相等【35那,371。但是，实际中由于水泵输送液体过程存在摩阻、水力冲撞及旋流等水头损失的影响，实测的水泵全特性曲线，在给定x后Wg(x)并不完全相等，俐也并不完全相等‘38"39删。因此，有必要对实测值进行误差分析，研究误差对停泵水锤计算结果的影响。下面以比转数飓为80、127和333的唧b)和FⅢG)为例说明。(2)绝对误差与相对误差绝对误差=测量值一理论值、相对误差=绝对误差／理论值，绝对误差简称为误差，误差有正有负，当误差为正时，实际测量值比理论值大，当误差为负时，实际测量值比理论值小。绝对误差虽然能够刻画出测量值与理论值的近似好坏，但它不能刻画出测量值与理论值的近似好坏程度，因此在讨论误差大小时，相对误差比绝对误差更具有说服力。本文中为了阅读和书写方便，绝对误差和相对误差统一取正值。4．2比转数Ns=80全面性能曲线误差分析同正常的水泵全特性曲线的求得是一样的，仅仅从理论的角度分析，不可能得到泵一轮机的全特性曲线，它只能依靠实验求得。在这方面的工作首推D·托马。1937年，美国的R·p克纳普在实验的基础上发表了四象限性能曲线图以及自己的论著。1981年，我国武汉水电学院抽水站教研室用自己的实验测定装置，得到了Ns=358的混流泵全特性曲线【41’42】。测定泵一轮机的全特性曲线使用的实验装备，应可使泵正转、反转，可使液体正流、反流，功率可正可负，即水泵能处于任何工况，而且还能随意调节泵的转速。因此，在实验装备中，还应给被测定的水泵配置至少一台的辅助泵。拖动泵用的电机偶尔要以发电机工作，因此，要使用可调速及能正、反转的直流测功电机。其实，水泵全面性能曲线的测定是很复杂的，不仅仅对设备装置的要求高，在测定过程中也要注意很多事项，参数也在不停变化中，所以，这是一项很繁杂的工作，而大型泵四象限特性曲线的测定尤其困难。因此，要应用水泵工作状态相似的原理，先在较小的模型泵中实测曲线，而后再利用各相似定律将已得的模型泵上的工作参数，换算为原型泵的工作参数。迄今为止，全面性能曲线(或四象限特性曲线)不论在种类或数量上都不能满足科研和生产上的需要，所以对水泵全特性曲线的研究是非常有意义的。 长安大学硕士学位论文4．2．1比转数Ns=80的等扬程曲线误差分析日本星光浩所著《水锤》书中，提供出比转数Ns=80的涡壳式离心泵的全面性能曲线图【431，即图4．2。枣ll转，‰!+150％．4-娜‘I。5D％lO％吾．J，X-o1,-．一t一、‘、JI⋯m●t一虽珏：疡黝‘P臻j一t习≥一承；物貉十loO％、=■差禽刃硬之刎猊搋厂、三多多豸殇彩}辩_√一＼、J，，＼一)吒皇刎黝-^∥。／眵孑一f一＼＼)豸黝乡‘著一％修’．∑I：．●一i粼。、觊钐℃y。杉-C"_-_，：涮_，，乏殇髟掺，J一一一7l^iAyl{}H?@l墨t∥y蚤≥兹磁场孵·509J一150％t}一100％／-彳■』一^／+50％1q㈣t叭?|魄／，f，“Q／≮群‘。；吨％鼢髟f．+流量0}1fIofjl眠溅阱～、≮j物’，)ikX始1犹翰／f一／』～，产，懂觚mX>0，、趁_、‘7、．◇硪例曼镬，＼卜．J一50％一一心●泠凇姒械心"-d-“』．矧S冀避黻粼●_，"d囊拓癌锺f一，弘扬。r‘7Iat^K强IX斟焱添逯≈艇，一HrX辚义灏粼、、、n-乏之：o印吵淄弧添I，_7套隧鲶●●．妒淡犍篡遵!潞●t<乏一t。衅一妒毫艇≮图羹蹩淤蕊心＼一5D畅、幽I～夸j一，迭二、鬻、’●一x．fO％图4．2日本荏原制作所测得的Ns=80离心泵全面性能曲线从图4．2可知，横坐标为相对流量u=兰，纵坐标为相对转速卢=丽N，每一种泵醛Un‘Nn从。到2万，以等分间距缸=簧=0．。714，读取1，、卢和厅值，由公式阳=≯{矿计算出WH值，按x的次序由0至27r排列在表中。根据实际使用的经验，有了这么多的离散数据，再加上线性内插，可相当准确地模拟原性能曲线。在本文中，每一个固定的x值读取7组数据，从而每个点计算出7个I,VH(z)值，因篇幅要求，现只列出5组。其中包括等扬程曲线在固定的x值对应的最大值、最小值和理论值，而后做误差大小分析。表4．1没有把89个等扬程数值化离散值全部给出，只是给了一部分具有代表性的数据。 寸N，．、邑oqoN呻NqN∞dH∞oHoh∞I^‘ot"-∞q曲∞卜∞⑦oHo∞qd∞coN∞Z●，●≥o0oHdo-n∞hH∞①∞ohn∞卜∞h∞q曲‘。No二●N∞o●o_oHodo∞oNH西o∞oto西‘oo卜．oHqo∞q-^∞No∞Ndq∞otoh‘oh∞①H1．0h①n●o_oHodo-^o∞西卜No_o呻doq∞N。o‘o∞o∞_N∞o‘oNoN_co∞h∞coqd3●o_ododH，_、5∞‘o甘N∞N∞‘o∞Nn∞NhN“寸h卜_∞q吣曲h∞西o∞no‘o∞‘oN甘∞Z●N∞o●≥oH__o甘∞_N∞q∞_hN1．0q甘目∞Hd_∞吲H上●o吲o∞‘oo∞hH_o∞o‘。oqodH∞N矗∞hq∞qHo目∞‘o∞co‘。∞吲oq∞q●o寸o_ocoNo‘oo∞oNno∞oq∞目Ho∞Ho0∞o∞3●o_q呻⑦q∞c。qNo●odo_一o贫●X∞o∞oqdN∞N‘o∞呻o∞NnN∞N‘o卜∞q呻∞o卜∞西ohq_∞oo∞Nd∞Z●≥o_Ho0on∞oNdo_∞ooD∞曲∞n二●no_od_H_oHo●o∞o∞H∞甘∞N∞n西hNo∞oNo∞oH曲∞_甘∞HN△●_目to∞oo"o。∞西t"．--_●Hdo●o_donoNo∞o∞o∞h∞ohoqod∞ⅫNHh∞noN∞o‘。西h卜．∞toN3●oHd_dHoH-一o贫o∞oHNo∞胃o_to∞q∞_N∞o‘oo∞No∞ohN∞cohcoq目oh∞ohq●士●o≥oHdoNo∞q∞h‘oh∞oⅫ目q甘1．0N∞No二●N∞o●Ho0oHoh∞coo∞o∞NHo∞o∞N∞tohqNⅫq甘‘o∞cooh∞dno∞h●o吐●Ho●oHo●oNo∞西吣h∞o∞o3oN∞do寸No∞h∞‘ou)●oN∞oo∞h曲∞to寸doHo●odo，．、5o∞h_卜∞寸∞卜∞∽N∞卜∞h∞甘一to卜∞q呷∞h∞oN∞h∞o1．0o∞N∞●Z●o≥od_o∞HN∞N∞NnHN_NHdN“do上●Ho∞oH∞do∞N∞n呻∞NH∞coo∞H∞q目qohoNq∞q吐●oN∞qN_呻∞o●o●o。。o。。o∞qo∞H曲N∞o西N∞o甘q∞qNo●oH∞h‘o∞NHd●o●oHo3●o∞《噬《唾¨H曲o∞hd∞o∞hH∞o∞hH∞o甘∞N‘。∽HN∞甘∞‘Dh∞Z塔冬躺瞪蕃；雹掣婆斜隧长料西妹 长安大学硕士学位论文X最大值最小值理论值X最人值最小值理论值00．7320．6830．6973．2131．247I．1001．1340．14280．7650．7040．7343．35581．118I．0471．0800．28560．7550．7030．7253．49861．0670．9581．0050．42840．7840．6570．6903．64140．9010．7760．8550．57120．6670．592O．6313．78420．7300．6760．70l0．7140．5920．5290．5533．9270．6360．4880．5420．85680．5070．4600．4744．06980．3150．2650．2990．99960．4480．4260．4354．21260．0830．0390．0611．14240．4680．4360．4444．3554—0．184一O．218-0．1961．28520．47l0．4600．4674．4982—0．420—0．461-0．442I．4280．5220．48l0．5024．641—0．640—0．766—0．700I．57080．5750．4540．5134．7838-0．774—0．854—0．8121．71360．6180．5430．5854．9266—0．810一0．916-0．856i．85640．7130．6320．6675．0694-0．744—0．856—0．802I．99920．746O．7160．7305．2122-0．606一O．71l-0．6492．142O．8170．7580．7885．355—0．418—0．458—0．4362．28480．9850．8300．8785．4978-0．195-0．227—0．2162．42760．9300．8320．8885．64060．0002．57040．9880．9190．9485．78340．2680．1850．2272．71321．0300．9480．9975．92620．4250．3820．4032．856I．085I．042I．0646．0690．5480．5422．99881．1291．0651．0946．21180．6840．6220．6503．14161．2761．11l1．146表4．2给出了Ns=80的等扬程曲线的部分最大值、最小值和部分理论值。1．51．00．5O．0—0．5-1．0◆二：-I：≯⋯一一一·一一一一_一一·一一·一一一一一·一一一-一一一一16、l一一一一一一一一一一一一一一一图4．3比转数N厂--80等扬程曲线图X32 第四章水泵全特性曲线误差分析在图4．3中，上面的曲线代表比转数Ns=80的最大等扬程曲线，下面的曲线代表它的最小等扬程曲线，中间的线代表NS=80的等扬程曲线的理论值。具体的误差大小用下面的数据说明。表43比转数Ns=$O的等扬程曲线误差值最大值一理论值一最大值一理论值一最大值一理论值一X理论值最小值理论值最小值理论值最小值00．0360．0142．1420．0290．0304．2840．017O．0160．21420．0550．0362．3562O．2lO0．0824．49820．0230．0190．3570．0300．0292．4990．1760．1004．6410．0600．0660．49980．0370．0472．64180．1260．0874．78380．0380．0430．64260．0360．0212．78460．018O．0314．92660．0470．0600．78540．0660．0282．92740．1730．0995．06940．0580．0540．92820．0540．0183．0702O．1180．0395．21220．0420．0621．0710．0270．0163．213O．113·0．0345．3550．0180．0221．21380．0330．0193．35580．0390．0325．49780．0200．01l1．35660．0053．49860．0630．0475．64060．0001．49940．0300．0533．64140．0470．0795．78340．0411．64220．0570．0813．78420．0290．0255．92620．0220．02l1．7850．0380．0253．9270．0950．0546．0690．0070．0001．92780．027O．0184．06980．0170．0336．21180．0340．0282．07060．0260．0184．21260．022从表4．3中可以得到，最大等扬程曲线离散值与等扬程曲线理论值的最大绝对误差是0．21，最大相对误差是36．4％；最小等扬程曲线离散值与等扬程曲线理论值的最大绝对误差是0．1，最大相对误差是36．4％。造成这种误差的原因前面已经介绍，是不可避免的。在第五章中，将会讨论这种误差对输水工程停泵水锤防护的影响。4．2．2比转数Ns=80的等转矩曲线误差分析从图4．2中可以读取v、卢和m值，Ela公式WM=1竺百计算出WM值，按x的’，‘+拶‘次序由0至27r排列在表中。根据实际使用的经验，有了这么多的离散数据，再加上线性内插，可相当准确地模拟原性能曲线。在本文中，每一个固定的x值读取7组数据，从而每个点计算出7个WM(x)值，因篇幅要求，现只列出5组。其中包括等转矩曲线的最大值、最小值和理论值，而后做误差大小分析。表4．4没有把89个等转矩数值化离散值全部给出，只是给了一部分具有代表性的数据。 莹I量I量f耋J莹I量l量l；I喜J善l荤I蕈I量I詈兰l堇J耋I堇I妻f量l量l耋I窒f堇I堇I量J詈f堇I至I至J至I量I蕈f誊I善J蓦f量茎I莹j蚕l至J堇l妻I辜J莩f霉f辜f葶J霉f量I莹I莹l詈I要f堇I耋I耋I量f莹l室喜f辜I辜I詈f莹I至l詈I量j堇J詈f室f莹l詈I堇f星f詈J辛I辜f辜I军I军I军l军辜I辜f莹l量J呈f量J三f呈I量l詈I耋l堇f耋f堇l莹l辜l辜I葶I辜I辜f革J辜星I罩l翠I辜l辜f辜l莹f詈I堇f耋I至J量l至I里I量l堇I詈f量I辜l荤I军l辜f草昌J量f霉f辜I辜I里If量II辜I军I辜J葶I辜I耋I量J詈f量l量l量f里l莹I耋I詈f耋0_j辜J量j量I童l耋l堇J耋I耋f量l莹l星l詈f量J莹制量——卜—斗_跫l8I导6I6量I量J莹l莹l莹J量f耋l量J莹I耋塞I垩J薏l雪j蓄I蓍l蓄l蓄I蓄I蓄I蓄l季J萼J蓄f蓄J蓄J莒f蓄I詈J蓄l蓄J蓄I蓄∞曲-oo竹．0∞h．o．甘o．0∞h．0卜o．I∞∞．o∞崎．0卜o．Io．I．Io卜．o．H∞．0o一．．【o∞．_【甘口．o∞∞-ooo．I∞∞．0oh_0．oN．0o∞．0h∞．0，∞寸．o．o∞．0oo．0甘∞．0∞寸．oo∞．o．oN．o∞o．o"【∞．0甘∞10∞∞．ooN．0N寸．o竹o．o∞甘-0oN．oo∞．o．I甘．o西N．oN崎．oo甘．0o∞．o甘卜．oN∞．oh寸．o∞∞．ooN．0甘h．oN．【．ooN．o∞N．ooN．o寸∞．oN_【．ooN．o崎h．oo∞．01．己N．0o∞．o．【甘．0o∞．o∞∞．o∞吩．oo■o19．oon．0∞∞．o西∞．0o∞．oo．I．oNh．oo∞．o∞N．oo∞．o_【h．o∞∞．ooN．0oo．0寸崎．oo∞．oo．I．o 第四章水泵全特性曲线误差分析表4．5N厂-80的等转矩曲线最大值、最小值与理论值X最大值最小值理论值X最大值最小值．理论值0-0．481-0．520一O．4913．2130．3970．2830．3430．1428-0．294-0．322一O．3113．35580．4470．3190．3970．2856—0．175—0．187-0．1793．49860．5180．4400．4680．4284-0．047—0．047-0．0473．64140．5360．4690．492O．57120．0630．0600．0613．78420．5340．4760．5080．7140．1680．1540．1603．927O．5110．4620．4860．85680．2690．2480．2634．06980．4340．3770．4020．99960．3970．3680．3844．21260．306O．2210．2641．14240．4900．4750．4834．35540．1340．091O．1141．2852O．6130．5260．5734．4982—0．078-0．092—0．085I．4280．7030．6610．6764．641-0．262-0．341-0．2961．57080．7610．6570．7004．7838-0．507-0．564-0．539I．71360．789O．67l0．7304．9266—0．771-0．827-0．7901．85640．7700．6320．7185．0694—0．917—0．981—0．945I．99920．7070．6460．6855．2122-1．079—1．118-1．0992．1420．6480．5850．6085．355-I．089-I．167-I．1432．28480．5440．4920．5205．4978-I．103-1．154-I．1392．42760．4290．3970．4175．6406-1．054-I．123-1．0872．57040．3800．3300．3465．7834-0．964-1．037-I．0042．71320．3050．2710．2925．9262-0．829-0．893—0．8642．8560．2830．2600．2736．069—0．674-0．743一O．71l2．99880．2860．2700．2766．2118—0．535-0．728—0．5993．14160．3700．278O．316表4．5给出了Ys=80的等转矩曲线的部分最大值、最小值和部分理论值。，一、×1．0O．50．O-0．5—1．0—1．5⋯一一：j：j]：jj——《》71{；；～一。I一一一一一一一一·一一一一一一争iI二_>二：：一2图4．4比转数N广--80等转矩曲线图在图4．4中，上面的曲线代表比转数Ns=80的最大等转矩曲线，下面的曲线代表它的最小等转矩曲线，中间的线代表Ns=80的等转矩曲线的理论值。具体的误差大小用下 长安大学硕士学位论文面的数据说明。表4．6比转数Nr-80的等转矩曲线误差值最大值一理论值一最大值一理论值一最大值一理论值一X理论值平均值理论值平均值理论值平均值O0．0100．0292．1420．04l0．0224．2840．0470．0360．14280．016O．0122．28480．0240．0294．42680．0000．28560．0040．0082．42760．0130．0194．56960．0220．0230．42840．0002．57040．0340．0164．71240．0460．0210．57120．0012．7132O．0130．0214．85520．1130．0620．7140．0080．0072．8560．0100．0134．9980．0230．0520．85680．006O．0152．99880．0090．0065．14080．0140．99960．0130．0153．14160．0550．0385．28360．0530．02l1．14240．0060．0083．28440．0370．0595．42640．0660．0461．28520．0410．0473．42720．0750．0715．56920．069O．1121．4280．0280．0143．570．0540．0215．7120．0150．0191．49940．1700．0793．64140．0440．0235．78340．0400．0331．64220．0470．0553．78420．0260．0325．92620．0360．0291．7850．0360．0423．9270．0250．0246．0690．0370．0321．92780．0550．0284．06980．0320．0246．21180．0640．1292．07060．052O．05l4．21260．0420．043从表4．6中可以得到，最大等转矩曲线离散值与等转矩曲线理论值的最大绝对误差⋯⋯．．是0．17，最大相对误差是25．2％：最小等转矩曲线离散值与等转矩曲线理论值的最大绝对误差是O．13，最大相对误差是25．3％。造成这种误差的原因是多方面的，是不可避免的。在第五章中，将会讨论这种误差对输水工程停泵水锤防护的影响。4．3比转数Ns=127全面性能曲线误差分析尺·刀克纳普测定出比转数Ns=127的四象限特性曲线，在克氏工作的基础上，经别人改绘而得到了它的全面性能曲线M。即图4．5。4．3．1比转数飓=127的等扬程曲线误差分析 第四章水泵全特性曲线误差分析t_’宁相对转琏卢-棼①芷常农囊工况@翻动王撼◇最常承轮枧工磁；杉，1，／。篙翌i：鹣t图4．5飓=12从图4．5可知，横坐标为相对流囝捌动工蹴，，．。j—i；童螽、j；’j≈，，。：j#泵的全面性能曲线相对藏t口，蒉纵坐标为相对转速卢=而N，每一种泵从。到2万，以等分间距缸=簧=o．0714，读取’，、卢和办值，由公式附=hv2+p2计算出WH值，按x的次序由0至2万排列在表中。根据实际使用的经验，有了这么多的离散数据，再加上线性内插，可相当准确地模拟原性能曲线。在本文中，每一个固定的x值读取7组数据，因篇幅要求，现只列出5组。其中有最大值、最小值和理论值，而后做误差大小分析。据。表4．7没有把89个等扬程数值化离散值全部给出，只是给了一部分具有代表性的数刨一孙f口矿∥～ZF。嘶一吁，，，。蜚≮、／ 7未h‘ohdc-’o_hNoN∞hn’一wco00o苗otOt一寸∞c。h∞_N。。N“∞o∞●o墨oHo∞o∞七·o∞ot．O曲u’1．0t-OoNoLf"∞hLf，h●，●U"上●oNeqN“Hd●o卜．o卜．nco。。o霉oqooo●∞oh寸Noqo∞of’No∞oH。●o皿●H’中卜．o∽o∞op，-一o●oHoH-一_oNhNhodb-Lf’o∞oH∞卜-o∞ho。o-一1．0‘op’Nc．，3●N∞h∞‘o∞No_odH_H_“doHo_N_H_o暑o∞a’H一o∞no‘oq’十hN∞"一∞卜-h∞甘F，∞。‘oh。。oN。。NHp’∞o∞；●o垂o_Ho。o∞oLf’∞o’中目∞"一∞No1．0∞oh’中工●oN_d√●卜一o∞oNh曲∞hN∞op"∞o叫卜∞●’掣ho。∞’中No∞N口)oH●od1●dn‘ooHo●o_odo∞p’ho①∞N。。∞’中o∞o∞oh∞叶do。o∥"∞ooo卜_卜．H3●_co∞N"中Ho口’HoHdHo●oHo一NHo●食t一∞No口"∞a’∞No∞卜-∞‘。‘o√∞’一i‘o∞’一甘’中∞oh∞oN∞NH∞‘o卜-U，∞●o蚕o。oHo∞o∞n"中∞"中"申o∞1．0∞Nh∞1．0n●．C●oN_H_o∞o、一∞co‘o目。。_中∞cDho∞Hoa’N∞o∞o∞c-’o。oho∞“’Ib-血●_∞oNohNo●o●oHoHo∞ho。。∞o∞"中Ho∞o目h∞。o∞h∞No∞o∞Nco目h∞H=)●oh∞hdo_H一o●odoHoQN"中ocooco∞‘o寸_8∞coNtoh西‘oN∞N_目∞‘o∞●o肖∞’中∞coh∞一Ho●重o∞o∞oN∞p’N∞卜oN∞甘N’中"中’中"，上●No●o_HdHdoh∞Noh∞HN⑦N∞N_oNoq∞o甘∞Hcoho∞曲吐●HN’一∞o∞hde●o●o-一o∞t"-．-∞oNoNo。No目hto卜’h∞Ho∞qoNoco卜_’一ho卜．8o●∞‘oHcoo∞卜co‘。。●o_H_o●odHo食n∞h∞C,I。oo"中o∞Nh∞，"H"一d_=‘。∞n∞’中∞h∞oN∞N_q∞h∞o●o番oHo∞o_dNdN∞h∞甘F’H_∞一d￡●odoHoH1．0o目甘1．0o∞o吲∞甘NHoH∞No8oh∞o’，oN甘’中o卜一∞do●occL●_dn目。●o●on∞p’c、a∞o∞甘-_on∞"，o∞qh∞n卜o‘。o寸o。目o∞t"-j●h呻∞’中寸∞‘oo∞oHo●oHohN《唾《蛭《hd∞h_∞⑦nhH∞o-“∞H∞西dN∞甘呻甘∞‘o∞o_oD∞Il∽Z钗簿逦扑÷甏扑议戳半 第四章水泵全特性曲线误差分析表4．8Ns=127的等扬程曲线最大值、最小值与理论值X最大值最小值理论值X最大值最小值理论值O0．6800．6220．6473．2131．2361．1561．2090．14280．6910．6410．6503．35581．0140．9821．0010．28560．5780．5350．5563．49860．7180．68l0．6970．42840．4990．4430．4723．64140．4060．3850．3950．57120．4720．369O．42l3．78420．1420．1310．1350．7140．4070．3330．3703．927—0．054—0．081—0．0800．85680．4090．3620．3844．0698—0．183-0．206-0．1910．99960．4990．4070．4444．2126-0．287-0．438-0．3441．14240．5250．4750．4974．3554-0．397-0．453—0．4251．28520．5720．5210．5394．4982一O．514-0．604-0．5401．4280．6140．5230．5684．641-0．565-0．706-0．6141．57080．6710．6530．6584．7838-0．629-0．709-0．6531．71360．7110．6800．6924．9266-0．663-0．745-0．6911．85640．7430．7260．7335．0694一O．715-0．752—0．7211．99920．7670．7490．7605．2122-0．697-0．764-0．7302．1420．8000．7890．7925．355-0．683—0．731—0．7062．28480．8380．8150．8305．4978-0．662—0．685-0．6782．42760．8700．8510．8625．6406—0．612-0．636一O．6162．57040．9130．8930．9015．7834-0．461—0．523-0．4842．71320．9760．9440．9635．9262—0．212-0．302-0．2522．8561．0951．0261．0636．0690．1990．15l0．1702．99881．2021．1311．1756．21180．6060．5370．5663．14161．2771．22l1．254表4．8给出了Ns=127的等扬程曲线的部分最大值、最小值和部分理论值。下面的曲线代表 长安大学硕士学位论文它的最小等扬程曲线，中间的线代表Ns=127的等扬程曲线的理论值。具体的误差大小用下面的数据说明。表4．9比转数Ns=127的等扬程曲线误差值最大值理论值最大值理论值最大值理论值X一理论一最小X一理论一最小X一理论一最小值值‘值O0．0330．0252．1420．0080．0034．2840．0560．0900．14280．0410．0092．28480．008O．0154．42680．0340．0910．2856O．02l0．0212．42760．0080．0ll4．56960．0420．1090．42840．0260．0292．57040．0130．0074．71240．0290．0380．57120．05l0．0522．71320．0130。0194．85520．0220．0550．64260．0500．1232．78460．0010．09l4．92660．0280．0540．78540．0330．0402．92740．0330．0365．06940．0070．0310．92820．0330．0243．0702O．0100．0045．21220．0330．0341．0710．1750．0873．2130．0280．0525．3550．0230．0241．21380．0393．35580．0130．0185．4978O．0160．0081．35660．0420．0253．49860．02l0．017’5．64060．0040．0201．49940．0320。0273．64140．0100．0115．78340．0230．0391．64220．0130．0043．78420．0070．0045．92620．0400．0501．7850．0140．0083．9270．026O．0016．0690．0280．0191．92780．0330．0964．06980．0080．0156．21180．0400．0292．07060．0ll0．0104．21260．0560．094从表4．9中可以得到，最大等扬程曲线离散值与等扬程曲线理论值的最大绝对误差一”是0．18，最大相对误差是34．3％；最小等扬程曲线离散值与等扬程曲线理论值的最大绝对误差是0．12，最大相对误差是34．7％。造成这种误差的原因有很多，是不可避免的。在第五章中，将会讨论这种误差对输水工程停泵水锤防护的影响。4．3．2比转数Ns=127的等转矩曲线误差分析从图4．5可以读取1，、卢和m值，Fh公式WM=1与计算出WM值，按x的次1，‘+IJ‘序由0至2re排列在表中。根据实际使用的经验，有了这么多的离散数据，再加上线性内插，可相当准确地模拟原性能曲线。在本文中，每一个固定的x值读取7组数据，从而每个点计算出7个WM(x)值，因篇幅要求，现只列出5组。其中包括等转矩曲线的最大值、最小值和理论值，而后做误差大小分析。表4．10没有把89个等转矩数值化离散值全部给出，只是给了一部分具有代表性的数据。33 寸n∞oN∞nQ‘oh呻co∞coh∞h∞卜No∞‘o∞h∞nN∞toh●Ⅻco∞HNnt。oN‘o∞吝o●o●oHo善o∞o∞omo∞o∞o∞o∞卜∞hI．Q∞卜-∞ho∞●目●hN∞●hH●doHNH_●NHo●odNo目NhdN∞甘oNqo∞H∞卜∞N-__。。_H目∞oN‘。∞oq∞oN∞coN吐●N∞NoHo●dHdo_H●Hd_dHo∞n∞‘oH卜．N∞N‘。∞oN∞⑦∞ooh目∞ho∞N∞西co∞o●ooo∞nHo∞H∞dodH_Ho●odNd_oHo食Nh∞h卜．∞卜-coqh∞noH∞o卜呻co∞；N∞‘。卜●qo∞_∞o∞西堇o●o●oHo∞o∞o∞o∞o∞o∞h∞hN●HNoN∞N∞o∞oq∞●o●H●∞N·N∞吲●qhN●N_一o●_●Ho吕●∞o●oHNoN∞oN∞coN∞‘Docv，q∞’一o∞o∞’一dH∞oNqo∞oN’中‘od心●oN。。do●HoHo一●o_Ho‘oocoo_o"一。ohH’中o∞卜-卜．‘oNd‘oo∞’一∞‘ob--∞coj●oh"中odo∞oo西∞do_HdH_Ho●oHNHoq∞①●do卜-∞’宁oH●HoQ‘。甘_一呻h"中∞h∞oN∞口"∞h吝●N∞t。卜●∞‘o—，o∞p’coo●o●o_重o∞o∞o∞o∞on∞"寸．∞hohoNo"一o∞"中u，N∞o目●’一o"一n●HodN_NHo●HoHdo∞ho∞Nd∞一__"中o∞NHho‘ooa"N∞。o∞卜-卜nH_∞o西H口，∞Ho_∞occL●oHoHo∞a""中hqhn目o"中∞o∞西h⑦∞卜"亭∞o∞o∞o"一∞_o∞o‘oN∞西∞卜‘。∞卜-Hj●oHdHdH_odHo∞d曲o"一‘oN_’中NoNQ‘o∞o’一H‘o∞h∞na’8∞吲卜o∞o●o●oH_HN∞h卜．●Ⅻ‘o∞。●蚤o●o●蚕o∞8o∞q∞o∞oNa’"中oo口h●∞h∞●oH_oN’一o∞曲h一o●o●o●o目●∞N∞ho●oH,,--4_Hon‘oo‘oN_o∞oN∞q∞d∞U"’中q甘∞Nh∞to∞dHa’’中∞ho∞hoH∞皿●o、，∞Nd"中甘‘o"一ho∞o∞甘8∞doN‘oto∞卜HNo∞co∞甘∞n"中oco甘o∞_∞h●o●。odH-_dH_oHQ∞o∞卜．"中∞=∞d西卜-∞h∞hH∞oLf"o_hn∞o●N∞卜●q‘o∞o∞"中hono●o●oH-_d藿o∞o∞o曲od∞NHoN∞N∞卜-∞_N∞NHdNH∞o∞目●oHd_H_oHo_ono∞ohoo∞ohq’中o∞oco‘。p，∞p’H∞甘"中"寸_cohcooN甘h盘●o∞do∞_o∞ho卜．o∞o∞o‘o_oHo‘ou，Nc-，∞N∞No呻o目∞coH3●o_H_HoHohN《蜓《唾《唾《唾《__H∞o∞卜H∞⑦∞hH∞o∞卜甘∞o∞卜．H∞}IHN∞寸叫甘∞‘Do卜oD∞∽Z嚣求删曾}好罨掣浆如聪*褂臣撩 长安大学硕士学位论文表4．11胎127的等转矩曲线最大值、最小值与理论值X最大值最小值理论值X最大值最小值理论值O一0．650-0．833—0．7323．2130．5820．5420．5640．1428-0．250—0．367—0．3023．35580．6480．6200．6340．28560．0003．49860．6250．5720．5900．42840．1860．1430．1683．6414O．47l0．4520．4620．57120．3380．2490．3053．78420．3090．3000．309O．7140．4560．4240．4463．927O．1740．1480．1590．85680．5560．5140．5404．06980．0360．0270．0340．99960．6360．6130．6224．2126—0．082-0．088-0．085I．14240．7080．6670．6854．3554一O．170-0．242—0．1941．28520．751O．7110．7344．4982—0．283一O．361-0．3251．4280．7730．7400．7604．641-0．424-0．503—0．458I．57080．7790．7780．7794．7838—0．547-0．660—0．6041．7136O．8310．7770．8004．9266—0．713-0．784—0．7561．85640．8290．7940．8085．0694-0．885—1．003-0．925I．99920．8310．7940．8075．2122一1．017—1．146-1．0742．1420．8210．7770．7905．355-I．224一I．289-i．2492．28480．7680．7200．7565．4978-1．352-I．404-I．3862．42760．7180．6400．6765．6406-1．539-1．589-I．5642．57040．5880．5310．5625．7834-I．644-1．706-I．6622．71320．4550．4160．4375．9262-1．588-1．652-1．6272．8560．3390．3350．3366．069-I．342-1．425-i．3852．99880．3580．3450．3526．2118—0．918-1．018一O．9613．14160．4990．4720．485表4．11只给出了Ns--127的等转矩曲线的部分最大值、最小值与理论值。0NS=127水泵删(x)误差分析曲线⋯：：]：i—I。，!!?：!?：I：。i{?!I!：一．1，一一·一。一一一一一一一·一一·一一一一_1．57083．1416X32图4．7比转数Ns=127的等转矩曲线图在图4．7中，上面的曲线代表比转数Ns=127的最大等转矩曲线，下面的曲线代表它的最小等转矩曲线，中间的线代表Ns=127的等转矩益线的理论值。具体的误差大小35O505O50●O加以1吃 第四章水泵全特性曲线误差分析用下面的数据说明。表4．12比转数N严127的等转矩曲线误差值最大值一理论值一最大值一理论值一最大值一理论值一X理论值最小值理论值最小值理论值最小值O0．0810．1022．1420．0310．0134．284O．0170．0180．14280．0520．0652．2848O．0130．0354．42680．0330．0360．28560．0002．42760．0420．0364．56960．0260．0340．42840．0180．0242．57040．0260．0314．71240．0570．0580．57120．0330．0572．71320．0180．0214．85520．0390．0340．7140．010O．0212．8560．0030．0024．9980．0390．0230．85680．0160．0262．99880．0075．14080．0440．0620．99960．0140．0093．14160．0150．0125．28360．0480．0911．14240．0230．0183．28440．0140．0075．42640．0700．0331．2852O．0170．0233．42720．0100．0095．56920．0580．0391．4280．0120．020‘3．570．0210．0355．7120．0160．0171．57080．0000．0013．71280．0025．85480．0690．0201．64220．0520．1343．78420．0000．0095．92620．0400．0251．7850．0030．0053．9270．0150．0116．0690．0420．0401．92780．0090．0084．06980．0020．0076．21180．0430．0572．07060．0260．0204．21260．003从表4．12中可以得到，最大等转矩曲线离散数值与等转矩曲线理论值的最大绝对误差是0．08，最大相对误差是17．1％；最小等转矩曲线离散值与等转矩曲线理论值的最大绝对误差是0．13，最大相对误差是25．096。造成这种误差的原因有很多，是不可避免的。在第五章中，将会讨论这种误差对输水工程停泵水锤防护的影响。4．4比转数Ns=333全面性能曲线误差分析4．4．1比转数Ns=333的等扬程曲线误差分析比转数Ns=333的水泵是介于离心泵与混流泵之间的一种水泵，同正常的离心泵特性曲线的求得是一样的，仅仅从理论的角度分析，不可能得到泵一轮机的全面性能曲线，它只能以实验为依据，然后求得【451。1981年，我国武汉水电学院抽水站教研室用自己的测定装置，测得了Ns=358(333)的混流泵全面性能曲线‘矧。36 长安大学硕士学位论文一f跖Ij譬yp，．‘、．L．f：蟛乏毖l／_，一；，《≯，彩荔毳／、、．一f——一，，一～√，一一_一r巧萌荔彩缆／}／／一一一二：!l{一—‘三一一，／夕，多一一千r。一多缉毳圉彩翳≥●／卢．—‘乒：≯’∥。彳∥享≯乏彩荔．殇荔，，／夕‘f／、。／I／。，一一’，—一r镌勿荔钐荔名杉夕。一j／∥；。|，夕。≯钐，一‘．p—一≥缓缓黝乡锣彰，：，，乡／4／f；矿矿。，(彦彩Z彩夕￡z杉夕．夕--／i／；|l}4。，／嘭7．绕勿夕j彳多6／}．／』r’／7／’少}，{。4^4。。≯j∥，I刃：Co：，∥一，。《7，，于／●-，／77，|少』，|，。|，j|·∽形夕优吮乒7乡7’j。p}?|，．1i^{7l，?‘f，Z∥：厂L．一÷，。，7‘’，矿7，，，／．一，，7／7．；／／i?0|．1．，夕_j_，钐夕形一‘麓，／／．，，／．／‘，／／，?}，4，；}，。Z钐孑夕：夕2钐c，修。，7。，}／，-文≠位．Vl!易鹣兹多／z彰。。哆口，。、≯0，／。／4fin；衫勿二，．7。，，』／／1，：，／7／：，}÷471．，?5‘劭}嘭励l；jf，幻尹，夕／f7／f，／。，j?l。t以|I，他，l4々．幻’分‘／／Il，I一，．?口吃。|?J杉多-讯晒形力。／{1●≯，．^，s=3}；!i。／‘，t／，j；。÷。蔓删缴瞄7螭／，’—绛簸·理I／，．，√t／／垆／f形强食。心，攮碱。7．／，，∥■k-．，rij’’／，j，{／．7／，，?㈩。l执／／／、"8A?，i’，I，，1印。。片l图4．8Ns=333的水泵全面性能曲线从图4．8可知，横坐标为相对流量u=篆，纵坐标为相对转速卢=·而N，每一种泵从。到2石，以等分间距缸=堡88=o．0714，读取V、卢和厅值，由公式珊=≯{矿计‘’。一一。’1，2+82。算出WH值，按x的次序由0至27r排列在表中。根据实际使用的经验，有了这么多的离散数据，再加上线性内插，可相当准确地模拟原性能曲线。在本文中，每一个固定的x值读取7组数据，从而每个点计算出7个WH(x)值，因篇幅要求，现只列出5组。其中包括等扬程曲线在固定的x值对应的最大值、最小值和理论值，而后做误差大小分析。表4．13没有把89个等扬程数值化离散值全部给出，只是给了一部分具有代表性的数据。37 食∞。H∞oLf’hH_∞_∞o∞qd∞寸N∞N∞NhoN∞q∞f"eO∞a’H’中⑦d"中∞o苗●o_HdHd_oHd重o∞o∞Lf"∞上●∞o∞o●Nd●NHNH∞oaoHo∞NF’o_oNo‘oa"hNho∞西‘o"一∞nNo‘Deao∞d∞N‘o寸d∞卜"一acL●oH_HodoN_NdHoh∞oHohNd∞_∞o∞o"时_h∞’一o∞ohNo’一oH∞H∞’一卜∞oN∞H∞o●NHN_oHdH_odHQoHocoh_"争coa’_o∞篓qN"一"宁∞nqod"一∞o；∞nhoN∞吲∞"中N西n●od_Hd●o●oH_Hd_do垂o∞o目o卜o∞o∞o工●ohoh●No●NoNoNqo"一∞—’Nh∞，)_‘ooNtoh∞Hh‘oho∞"中nhNd∞Lf，No∞‘ooqno∞甘acL●oH_HodHodN_Ho∞dNo卜．o∞o’中∞H∞oHo∞N气一冁"一∞西∞p，oH∞hodN∞NLf"oN∞卜oc’’●3_●-_doHdHodH籁I晕趔∞N甘Nhp，西∞嚣糕吝h∞Hd卜’Nod∞o∞p’∞西Hq叶no●_H●∥"卜-oN∞qLr，Lf，"中∞，，H甘●H●o●o●o_d垂odH_HdHo条ko剁薹∞U"∞U"曲∞o∞U"媸上●_odHdH_oH_H鼎铽dH_鲁掣鲁o∞o∞q’一hoN∞no_卜o∞N∞尝掣noN"一NH‘oo西h弋pNo卜co∞卜NH卜h∞血●如馨od_HoHoHdHo喋诮∞N∞hH西h‘o∞U，*n∞p’N∞卜’∞o霉∞卜∞o∞o卜oHnco∞dc、a‘。∞on西∞o●o_瓣n=●o。●o_HoHdo●oN’中q"一o呻oH置娶Qoo∞Ho。∞o∞’十’一∞‘oo∞卜o_∞no●H-_dH∞‘oo∞N’中∞"中NonH叶o●拣io●oHdH_Hdon藿寸o∞o僻No∞oh卜．o上●o旧o∞o∞●_o●HdoHd_Ho_oH_HdHoNo函N∞o∞oN‘。∞o’，“hoNd卜∞"一∞No∞oqo∞qN皿●o_odHo∞co‘oNo∞H∞No∞"一No‘onoHo∞hN∞-_o_∞h∞o●oN∞h∞_卜呻o●_o_o●o_oo’o∞o∞o∞"中∞n∞甘∞卜∞"一=∞do∞Nq∞Lf，∞Hq口，_’一∞o●n∞●o●HdH_Ho_doHd重∞o∞o∞HhH∞o∞o∞U"∞o卜d∞_h卜p’卜dht-．-d●上●o_oNnhoho⑦o∞卜．oH∞‘oNLr，nN_∞oHo∞NhCo∞nHo∞_toN∞‘oN∞"一N皿●o_oHo_oN飞■∞"中no‘。o卜-o霉∞h∞兽∞on∞H-_no_Hq‘o∞●oho6o●oHdU)_∞NoN甘‘odoj●Hodon唾《唾《唾∞H甘H曲∞甘h甘∞N∞cohN‘。a。N‘o_∞II_HN∞呻q∞oco∞h∞Z∞n 长安大学硕士学位论文X最大值最小值理论值X最大值最小值理论值0-0．583—0．776-0．6293．2131．3461．3151．3290．1428-0．392-0．422-0．4083．35581．3241．2831．3080．2856—0．198—0．223-0．2023．49861．2291．1911．2080．42840．0153．64141．0260．9891．008O．57120．137O．1310．1343．78420．7790．7410．766O．7140．3080．2950．3073．9270．48l0．4830．85680．5060．4950．5044．0698O．1760．1520．17l0．99960．86l0．6840．7324．2126—0．093-0．090—0．0911．14241．0710．8930．9374．3554-0．324—0．341-0．3301．28521．0781．0551．0674．4982—0．571-0．582—0．5781．4281．2271．1391．1964．641-0．804—0．833—0．8241．57081．3321．2211．2804．7838—0．997—1．064—1．0351．71361．3581．3451．3494．9266-1．204—1．270—1．2501．85641．4531．4071．4305．0694—1．362—1．429一1．3891．99921．5371．4611．4965．2122—1．483—1．529-1．5062．1421．5481．4991．5305．355—1．499一1．616一1．53l2．28481．6151．5101．5665．4978—1．463—1．587—1．5092．42761．5721．5311．5525．6406一1．417-1．492-1．4392．57041．6101．5431．5635．7834-1．288-1．349—1．3042．71321．5321．4971．5145．9262—1．080-1．141一1．1132．8561．5271．4501．4696．069—0．921-0．939-0．9272．99881．4331．3611．3996．2118一O．713—0．726一O．7213．14161．3371．2911．3036．2832—0．583—0．776-0．629表4．14给出了Ns=333的rVH(x)的部分最大值、最小值和理论值。2．01．51．0O．50．0一O．5一1．0-1．5—2．OQV垂NS=333水泵Wtt(x)误差分析曲线图4．9比转数Ns=333的等扬程曲线图39X32 第四章水泵全特性曲线误差分析在图4．9中，上面的曲线代表比转数Ns=333的最大等扬程曲线，下面的曲线代表它的最小等扬程曲线，中间的线代表Ns=333的等扬程曲线的理论值。具体的误差大小用下面的数据说明。表4．15比转数Ns=333的等扬程曲线误差值最大值一理论值一最大值一理理论值一最最大值一理理论值一最X理论值最小值论值小值论值小值00．0460．1472．1420．018O．0314．2840．0030．004‘0．1428O．0150．0142．28480．0490．0564．42680．0010．0020．28560．0050．02l2．42760．0190．0224．56960．0200．0170．42840．0002．57040．0470．0204．71240．0210．0430．57120．0032．71320．0180．0164．85520．0110．0150．714O．0010．0122．8560．058O．0194．9980．0230．0170．85680．0010．0092．99880．0340．0385．14080．0150．0500．99960．1290．0483．14160．0340．0115．2836O．02l0．0221．14240．1350．0443．28440．0310．0185．42640．0390．0461．28520．01lO．0133．42720．0200．0325．5692O．0310．0271．4280．0310．0573．570．024O．0135．7120．0320．0151．57080．0520．0603．71280．0100．0065．85480．0180．0221．71360．0090．0043．85560．0930．0375．99760．0181．85640．0233．99840．0030．0006．14040．0140．0221．99920．0410．0354．14120．0006．28320．0460．1472．07060．0590．0314．2126O．00l0．001从表4．15中可以得到，最大等扬程曲线离散值与等扬程曲线理论值的最大绝对误差是0．14，最大相对误差是17．6％；最小等扬程曲线离散值与等扬程曲线理论值的最大绝对误差是0．15，最大相对误差是23．4％。造成这种误差的原因有很多，是不可避免的。在第五章中，将会讨论这种误差对输水工程停泵水锤防护的影响。4．4．2比转数Ns=333的等转矩曲线误差分析从图4．8可以读取1，、卢和朋值，由公式WM=1与计算出WM值，按x的次1，‘+卢‘序由0至2丌排列在表中。根据实际使用的经验，有了这么多的离散数据，再加上线性内插，可相当准确地模拟原性能曲线。在本文中，每一个固定的x值读取7组数据，从而每个点计算出7个WM(x)值，因篇幅要求，现只列出5组。其中包括等转矩曲线性的 食。。h∞N∞N∞口"∞p’No‘Do∞cDoD卜-N目苗o卜_N目∞’一∞d∞o∞hN∞H∞H∞n。D●蚕doHdodHN一Ho∞曲∞U，∞o∞Lf，吕●NHN∞o∞⑦’宁c、a目o目∽∞"一hNh∞卜’∞o∞No∞o∞H∞dNq⑦目N∞h∞—’n●oHN_HdoHNH_oN∞"申∞oH∞_∞F，qN“∞o‘oho。N∞hN’中oH∞N∞co∞oN’中o∞Ho●H_NHod_H“o_∞Nda，∞o∞h∞H①卜·。。∞"一No寸Hd卜．N呻op，qndocoNod∞H’一n。。●i_●oHdod_NH重oHoqoLf，∞o吕●NdN_HNc、aN"一o目"中∞一o∞目No心o∞o∞’中N_o卜-∞HN’中d。。甘N。。∞o①●d∞o西H∞Ho。‘o∞NQod_H_Ho●oloH_No_Ho冁籁"一卜·∞oho甚q∞_一’中o∞o卜’o‘oohNo一"申‘oho●oHho目’中∞’r卜_卜．o●odH-_o●o_oH-一o_oj四∞N_∞‘o∞N∞_H∞卜-o∞h甘d∞籁iohN’十∞q∞N⑦∞coodeqcoHU，d∞●，●，d●o_dHoH_NH薹蚕o∞o纠繇—，U’∞卜∞U’∞“’∞U"o∞袋目●趔粗_Ho_Hd_“dH_d_√H外翅-翥∞o∞ot—目HoN∞o∞no甘o∞‘oNo∞‘oNoq∞h’一_∞卜’∞目N警吐●oH_o_一H_do貅n长nh‘。otDo∞o∞oh∞No。ooo"NHo8—∞o。。●o暇墨∞_∞too∞o∞oN_co∞do●必dHdodHdH_o籁辩QoH∞no“∞o口’No卜o∞HNo。H_h∞N∞口’∞"十—，N∞o加卜_NP，oN旧d∞∽∞●筮肖__●oH_dHoH_NH至∞oU，∞o_No∞oht--o昌●，●dHo_H—d_一H—dHodH_dH_d甘dl1僻No1中No∞t一∞o∞。o∞o_Ho_∞o_oNh∞o∞oLr，No∞hF，"中No∞o"宁∞’N血●od_一o_一Ho-一∞o。。oh∞t■h∞oN目onoH∞oN∞oN。oNo∞卜．o∞o∞No_Nq∞ho●o_HoHo①HNoh"时_’，h_’中N罄h∞"一co。。∞No_∞甘o∞●_“NHQH。b-N"一∞"十∞No。●oH●=_●oHd_-_o蚕∞o∞Lf，∞西∞-一h卜-∞oLf，h卜h卜·}_目●h卜-h卜-h卜卜_h卜∞●o●odo∞。。qN。。ho卜∞"中o"十∞o∞HNoN∞d∞h卜一∞甘Nonco_No∞q∞N血●odo_Ho_∞nN∞o卜．H"中o’一∞oc-’oHqco_o“∞o"ohNo呻o∞’中NoHNnu’∞3●odo∽n《蛭《唾《∞H呻∞n甘∞卜Ncoo甘卜H∞o∞N‘o_∞¨dH代N∞n甘畸t曲口∞‘oo∞卜∞∽Z一"中 第四章水泵全特性曲线误差分析X最大值最小值理论值X最大值最小值理论值O-1．077-1．157-1．1033．2130．9410．9080．9250．1428-0．903-0．932-0．9143．35580．9760．9590．9680．2856-0．624—0．669-0．6503．4986O．92l0．9130．9170．4284-0．388—0．406-0．3993．64140．8320．8170．825O．5712-0．086-0．124—0．1013．78420．6950．6790．6880．7140．0620．0590．0613．9270．4830．4840．4830．85680．2160．2130．21l4．06980．2670．2630．2680．99960．4170．3450．4014．21260．0480．0520．0501．14240．6840．6620．6684．3554一O．281-0．301—0．2901．28520．9270．8950．9174．4982—0．639—0．655—0．6491．4281．2131．1691．1884．641—0．989-1．018—1．0071．57081．3911．3701．3834．7838—1．321—1．38l-1．3541．71361．4911．4331．4544．9266-1．626-1．742-1．7021．85641．4531．4071．4305．0694-2．024-2．285-2．0931．99921．5671．4121．4735．2122-2．163-2．290-2．2202．1421．4391．3761．4015．355-2．199—2．453—2．3682．28481．3551．3271．3445．4978-2．297—2．461-2．4042．42761．2901．2361．2675．6406-2．252—2．436-2．3612．57041．2731．1871．2135．7834-2．188-2．322-2．2582．71321．1961．0851．1255．9262-1．965-2．028—2．0102．8561．0541．0081．0236．069—1．611-1．698—1．6652．99880．9590．9420．9506．2118—1．119-1．349-1．2663．14160．9260．8740．8976．2832-1．077-1．157-1．103表4．17给出了Ns=333的WM(x)的部分最大值、最小值和理论值。^×VNS=333水泵删(x)误差分析曲线图4．10比转数Ns=333的等转矩曲线图在图4．10中，上面的曲线代表比转数Ns=333的最大等转矩曲线，下面的曲线代表42 长安大学硕士学位论文它的最小等转矩曲线，中间的线代表Ns=333的等转矩曲线的理论值。具体的误差大小用下面的数据说明。表4．18比转数Ns=333的等转矩曲线误差值最大值一理论值一最大值一理理论值一最最大值一理理论值一最X理论值最小值论值小值论值小值00．0260．0542．1420．0380．0254．284O．0llO．0210．14280．0110．0192．2848O．01l0．0184．42680．0020．0040．28560．026O．0192．42760．0230．0304．56960．0160．0250．4284O．01l0．0072．57040．0600．0254．71240．0220．0380．57120．0150．0232．71320．0700．0404．85520．0330．0230．7140．0010．0032．8560．0310．0154．9980．0620．0200．78540．0010．0022．92740．0200．0165．06940．0690．1930．92820．0090．0023．07020．0140．0025．21220．0570．0701．0710．0083．2130．0160．0175．3550．1690．0851．21380．0070．0123．35580．0070．0095．49780．1060．0571．35660．0230．0093．49860．0045．64060．1090．0751．49940．0260．0243．64140．0070．0085．78340．0700．0641．64220．0290．0263．78420．0070．0095．92620．0450．0181．7850．023O．0143．9270．0000．0016．0690．054～0．0331．92780．0390．0374．06980．0000．0056．21180．1480．0821．99920．0940．0614．14120．0020．0056．28320．0260．0542．07060．0350．0334．21260．002从表4．18中可以得到，最大等转矩曲线离散值与等转矩曲线理论值的最大绝对误差是O．17，最大相对误差是14．7％；最小等转矩曲线离散值与等转矩曲线理论值的最大绝对误差是0．19，最大相对误差是22．4％。造成这种误差的原因有很多，是不可避免的。在第五章中，将会讨论这种误差对输水工程停泵水锤防护的影响。4．5本章小结本章以比转数飓为80、127和333的附G)和聊G)为例进行等扬程曲线、等转矩曲线的误差分析，通过计算得到如下结论：(1)比转数凰为80时，最大等扬程曲线的最大绝对误差是0．21，最大相对误差是36．4％；最小等扬程曲线的最大绝对误差是0．1，最大相对误差是36．4％。最大等转矩曲线的最大绝对误差是0．17，最大相对误差是25．2％；最小等转矩曲线的最大绝对误差是0．13，最大相对误差是25．3％。(2)比转数飓为127时，最大等扬程曲线的最大绝对误差是0．18，最大相对误差是34．3％；最小等扬程曲线的最大绝对误差是0．12，最大相对误差是34．7％。最大等转矩曲线的最大绝对误差是0．08，最大相对误差是17．1％：最小等转矩曲线的最大绝对误43 大相对误差。最大等转最大绝对误 长安大学硕士学位论文第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究5．1比转数为80的三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响研究5．1．1延川某引水工程三级泵站水锤分析计算实例延川某引水工程属于长距离、高扬程、大管径输水工程，按照设计规范并结合历年来多数工程实际，长距离供水管线的管径在400mm以上一般就要进行水锤计算。此处以延川某引水工程三级泵站为例进行水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究。延川某引水工程三级泵站共4台泵，3用1备，泵的额定参数如下：Nn=1450r／min，Qn=O．36m3／s，协=153．32掰，叼。=0．835，机组飞轮力矩为GD2=906．167N／m2。吸水池水面高程为623m，高位水池水面高程为767．13m。三台水泵公用一条压水管路，直径D=lOOOmm，管路全长1567m，管内波速为1000m／s，局部水头损失为沿程水头损失的10％，停泵过程中无阀门动作。编制电算程序计算停泵过程水泵出口处压力的变化情况。Ⅳ。：3．65丝监：80泵的比转数为月y．n075。则利用Ns=80的水泵全特性曲线的数值化WH(x)和WM(x)进行水锤电算。并依据三组离散数据得到一系列压力变化绘制的曲线如下：图5．1延川某引水工程三级泵站管中心线以及稳态时的水压线45 第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究表5．1三组WH、WM对应计算的延川某引水工程三级泵站水锤包络线wH、删理论1l『H、1】ylI最大1】yH、嘲最小1】I『H、wM理论1jy}I、wM最大1jl『H、删最小桩号值对应的最高包络线最低包络线02046．151825．521746．34613．6501606．661550．871602．85608．21001617．981546．371534．32611．0551501511．651585．231575．85613．912001503．021611．061534．87624．562501460．691409．761378．12654．383001313．451384．551330．55664．323501337．741328．61425．17665．8740013501344．921403．12667．424501294．571293．231369．68679．2655001246．471167．411197．15691．1l691．115501223．361173．781145．72694．5736001165．651160．511161．37698．0376501160．451203．561177．67701．57001156．691139．521184．01707．037501185．731190．911249．91692．568001208．531223．761243．16688．098501224．191264．11261．28695．439001245．141174．441186．88702．779501165．591204．591200．02720．1110001176．81173．691172．9714．6210501151．681173．061194．38719．1311001211．321163．971189．98719．5411501168．341176．251180．91729．4312001160．441172．211147．01739．3212501137．891164．651140．39737．1213001070．571178．871126．52748．2213501165．281126．681183．53748．6714001126．251194．881152．13749．1214501127．271085．981116．7762．3715001102．761137．841118．44755．621550773．45注：图5．2对应表5．1。从表5．1可以看出，三组离散数据计算出的最低水锤压力值几乎相等，本章中的5个工程实例都是这种情况，鉴于论文篇幅要求，所以，本章对最低水锤压力值不做分析，只对最高水锤压力值进行误差分析。 图5．2同种工况条件下三组离散数据分别计算出的最高水压线表5．2用最大、最小和理论W／／，聊值计算出的最大水锤包络线的误差大小桩号最大值一理论值理论值一最小值桩号最大值一理论值理论值一最小值“O一220．63299．8180015．23-34．6350-55．793．8l85039．9l-37．09100-71．6183．66900-70．758．2615073．58-64．295039—34．43200108．04—31．851000—3．113．9250—50．9382．57105021．38-42．730071．1—17．11100-47．3521．34350-9．14-87．4311507．91-12．57400—5．08-53．12120011．7713．43450—1．34-75．11125026．76—2．5500—79．0649．321300108．3-55．95550—49．5877．641350-38．6-18．25600-5．144．28140068．63—25．8865043．11-17．221450—41．2910．57700—17．17-27．32150035．08-15．687505．18-64．181550O从图5．2及表5．2中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=80时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的水锤包络线差异很大，这种差异没有规律可循，时大时小，在桩号为0处，也就是在水泵出口处的管道，当发生突然停泵时，最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压低了220．63m，最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水47 笙至兰查茎全竺堡堕垡堡叁型壁茎查堡竺墅堕堕壅压高了299．81m，这些数据可以说明，水泵全特性曲线的误差对停泵水锤的影响很大，特别是对水泵附近管道的水压影响很大，因此，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。图5．3三组离散数据分别计算出的水泵出口处不同时间段最高水压线表5．3三组聊乳H似值计算出的不同时段延川某引水工程三级泵站处最大水锤包络线的误差大小时间最大值一理论值理论值一最小值时间最大值一理论值理论值一最小值0O3016．8945．6450O3533．9113．23i0-14．01223．7164045．39一11．4215-42．7I54．5454．33219．2720-53．96103．715019．94-33．3825-15．0711．98从图5．3及表5．3中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=80时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的不同时段泵站处的水压差异很大，本工程只取了发生突然停泵时50秒内水泵处水压变化情况，这种差异也没有规律可循，时大时小，在突然发生停泵20秒时最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压低了53．96m，在突然发生停泵45秒时最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了219．27m，这些数据可以说明，水泵全特性曲线的误差尤其对水泵附近管道的水压影响很大，而且这种影响是在突然停泵之后很快发生的，因此，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响， 长安大学硕士学位论文请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。5．1．2辽宁阜新某输水工程水锤分析计算实例辽宁阜新某输水工程属于长距离、高扬程、大管径输水工程，按照设计规范并结合历年来多数工程实际，长距离供水管线的管径在400mm以上一般就要进行水锤计算。此处以辽宁阜新某输水工程一级泵站为例进行水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究。辽宁阜新某输水工程一级泵站共3台泵，2用1备，泵的额定参数如下：Nn=1480r／min，9F0．4708m3／s,Hn=110m，机组飞轮力矩GD2=980N／m2。吸水池水面高程为118．5m，高位水池水面高程为214．38m。两台水泵公用一条压水管路，直径D=700mm，管路全长10700m，管内波速为500m／s，局部水头损失为沿程水头损失的10％，停泵过程中无阀门动作。编制电算程序计算停泵过程水泵出口处压力的变化情况。Ns：3．65尘型／堕：80_／0．75泵的比转数为一n。则利用Ns=80的水泵全特性曲线的数值化WH(x)和WM(x)进行水锤电算。并依据三组离散数据得到一系列压力变化绘制的曲线如下：管中心线及稳压线02000400060008000l0000桩号／m图5．4辽宁阜新某泵站管中心线以及稳态时的水压线49Ⅲ／R目加∞2l1 第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究1】『}I、删理论WH、删最大1『H、删最小1|yH、眦理论wH、吼最大WH、wM最小桩号值对应的最高包络线最低包络线O228．5228．876108．5400227．972107．35800227．444106．45．106．451200226．916233．901231．127107．251600255．963249．072247．47107．922000267．348279．458269．31lO1102400287．537289．673280．179116．42800224．8041323200224．276134．6673600234．257255．657253．7231344000306．946292．434308．129129．24400306．361330．525335．8391274800222．164137．45200244．085248．557249．598134．55600282．605275．218270．885130．256000268．976274．161260．275133．16400274．663279．023271．184135．126800306．927283．683291．003139．157200283．523273．624264．791146．77600281．21281．671264．531154．048000217．94167．28400229．583226．444225．4921688800216．884178．49200223．875223．755221．777184．259600221．524224．568226．555192．810000215．3200．110400214．772199．69910700214．376注：图5．5对应表5．4。 图5．5同种工况条件下三组离散数据分别计算出的最高水压线表5．5用最大、最小和理论腰，阿砸值计算出的最大水锤包络线的误差大小桩号最大值一理论值理论值一最小值桩号最大值一理论值理论值一最小值O0-0．3765800-0．1592．023、．400O06200-5．5237．7558000O6600-5．9993．92412006．985—4．2117000-15．16420。608，．1600-6．8918．4937400-4．2019．858200012．1l-1．9527800-7．25924．20324002．1367．358820002800O8600-1．762-1．40532000O90001．253O360021．4-19．46694003．0220．0744000—14．512-1．18398000440024．164-29．478·10200O04800010600O52004．472—5．51310700O0／m从图5．5及表5．5中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=80时，用最大全特性陆线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的水锤包络线有差异，这种差异没有规律可循，时大时小，在桩号为4400米处，当发生突然停泵时，最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了24．16m，最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压低了29．48m，这些数据可以说明，水泵全特性曲线的误差对停泵水锤有较小影响，因此，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析 第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究计算。图5．6三组离散数据分别计算出的水泵出口处不同时间段最高水压线表5．6三组IV／-／，WM值计算出的不同时段辽宁阜新某泵站处最大水锤包络线的误差大小时间最大值一理论值理论值一最小值时间最大值一理论值理论值一最小值O456．146-8．836505018．547-2．961100．506-0．8075510．46511．931151．2020．87660—5．642-30．687201．4831．565—5．757—58．364250．8491．66470-13．45233．911300．9042．4777516．971—1．6433510．729-1．396804．463—57．752404．875-22．784从图5．6及表5．6中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=80时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的不同时段水泵处的水压差异较大，本工程只取了发生突然停泵时80秒内水泵处水压变化情况，这种差异也没有规律可循，时大时小，在突然发生停泵80秒时最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了57．75m，这些数据可以说明，水泵全特性曲线的误差尤其对水泵附近管道的水压影响较大，而且这种影响是在突然停泵之后很快发生的，因此，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。52 长安大学硕士学位论文5．2比转数为127的三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响研究5．2．1延川某引水工程五级泵站水锤分析计算实例此处以延川某引水工程五级泵站为例进行水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究。延川某引水工程五级泵站共3台泵，2用1备，泵的额定参数如下：Nn=2900r／min，跏=0．13m3／s，Hn=100．4m，r／n=O．83，机组飞轮力矩GD2=103．993N／m2。吸水池水面高程为‘829．05m，高位水池水面高程887．05m。两台水泵公用一条压水管路，直径D=600mm，管路全长12150聊，管内波速为800rigs，局部水头损失为沿程水头损失的10％，停泵过程中无阀门动作。编制电算程序计算停泵过程水泵出口处压力的变化情况。泵的比转数为虬：3．65型基饕：127。』』n则利用胍=127的水泵全特性曲线的数值化WH(x)和WM(x)进行水锤电算。并依据三组离散数据得到一系列压力变化绘制的曲线如下：，管中心线及稳压线图5．7延川某引水工程五级泵站管中心线以及稳态时的水压线53Ⅲ／R习0O0、_}O厶QJCUcvunUQJoo8oo 第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究表5．7三组WH，WM对应计算的延川某引水工程五级泵站水锤包络线1|『H、删理论1|『H、吼最大1vH、删最小wH、聊理论wH、删最大1jyH、删最小桩号值对应的最高包络线最低包络线0911．6l911．6182I．636833．328821．524001235．711214．621229．51806．7210001125．151122．681129．05820．4651650908．57834．2520501223．811209．51246．87813．9425001361．681268．91314．32824．11629501236．441232．181282．69819．535001166．871169．491145．79830．19740001149．741172．131209．18834．2246501213．63903．0411206．76828．84841．02l828．8457501193．91153．271205．2846．34765001169．321196．981181．33843．59471001170．471179．41169．94849．9275001221．741241．691194．35851．7780001257．53857．1587501128．75860．60895001172．7863．6798501234．73856．0410500897．173875．52110001193．71867．7411300966．286881．16115001249．43863．7512150889．22注：图5．8对应表5．7。同种工况下三组WH、Vc"M计算出的水锤包络线020004000600080001000012000桩号"／m图5．8同种工况条件下三组离散数据分别计算出的最高水压线{R龃∞∞坞挖n加98 长安大学硕士学位论文表5．8用最大、最小和理论WH，WM值计算出的最大水锤包络线的误差大小桩号最大值一理论值理论值一最小值桩号最大值一理论值理论值一最小值O05000—262．23425．85400—21．096．25750-40．63—11．3650—7．54-27．0160000O1000—2．47—3．96350-85．2777．97150015．44．84650027．66-12．011950—45．3644700034．46—12．722300．O071008．930．532500—92．7847．36745024．57—4．1l2850-52．555．85750019．9527．393000—41．97-26．218050O33500O90000400022．39-59．441000004300—4．8l一451100004500-278．12212．01120000—4650—310．5896．87121500O从图5．8及表5．8中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=127时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的水锤包络线差异很大，这种差异没有规律可循，时大时小，在桩号为4650米处，当发生突然停泵时，最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压低了310．59m，在桩号为6350米处，最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压低了77．97m，这些数据可以说明，水泵全特性曲线的误差对停泵水锤的影响很大，因此，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响，尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。01020304050时间／S图5．9三组离散数据分别计算出的水泵出口处不同时间段最高水压线 第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究表5．9三组阿、聊值计算出的不同时段延川某引水工程五级泵站处最大水锤包络线的误差大小时间最大值一理论值理论值一最小值时间最大值一理论值理论值～最小值5O045—1．391．11210—0．224—0．20550-0．459—1．371150．2960．26955-0．434-10．931201．1311．204600．028-9．49925-0．766—8．58865O．97-4．64330-0．732-5．844700．885-6．41235—0．458-11．55275-I．125-8．463401．186-10．04780-2．161-4．741从图5．9及表5．9中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=127时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的不同‘时段水泵处的水压有差异，这种差异也没有规律可循。5．2．2吉林省某输水工程水锤分析计算实例此处以吉林省某输水工程加压泵站为例进行水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究。吉林省某输水工程加压泵站共3台泵，2用1备，泵的额定参数如下：Nn=1480r／min，Qn=O．128m3／s，Hn=27m，r1．=0．79，机组飞轮力矩GD2=145．894N／m2。吸水池水面高程为358．34m，高位水池水面高程376．49m。两台水泵公用一条压水管路，直径D=600mm，管路全长9900m，管内波速为1000m／s，局部水头损失为沿程水头损失的10％，停泵过程中无阀门动作。编制电算程序计算停泵过程水泵出口处压力的变化情况。泵的比转数为虬：3．65型裂饕：127。』Jn则利用胁=127的水泵全特性曲线的数值化WH(x)和WM(x)进行水锤电算。并依据三组离散数据得到一系列压力变化绘制的曲线如下： 长安大学硕士学位论文{穴幽410390370350管中心线及稳压线0100020003000400050006000700080009000桩号／m图5．10吉林省某输水工程加压泵站管中心线以及稳态时的水压线表5．10三组WH、WM对应计算的吉林省某输水工程加压泵站水锤包络线wH、删理论WH、wM最大WH、wM最小WH、wM理论wH、wM最大wH、1jl『M最小kl值对应的最高包络线最低包络线0397．49400398．01390．22800398．53390．681200399．05391．141600399．57391．62000400．09392．072400400．61392．532800401．12392．993200401．64393．463600402．16393．924000402．68394．394400403．2394．854800403．72395．325200404．24395．785600404．76396．256000405．28396．726400405．8397．186800406．32397．657200597．45688．13685．61380．87600637．36698．7728．7371．958000506．5449．87624．54377．98400645．26577．93612．38360．78800622．95661．83587．29362．69200649．11634．75626．73363．79600431．43431．72605．08370．59370．4365．69900438．07440．02588．06368．4368．34注：图5．11对应表5．10。57 第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究皇＼R幽750700650600550500450400350同种工况下三组阿日、降M计算出的水锤包络线0100020003000400050006000700080009000桩号／m图5．11同种工况条件下三组离散数据分别计算出的最高水压线表5．11用最大、最小和理论朋孔WM值计算出的最大水锤包络线的误差大小桩号最大值一理论值理论值一最小值桩号最大值一理论值理论值一最小值0O8000-56．63—118．04160008100—30．15-68．3240008200-43．0545．2632000830027．95—1．384000O08400-67．3332．884800O850081．12-50．75600O860031．4830．096400O8700-43．5832．387100O880038．8835．66715034．7-17．268900O．3412．5720090．68-88．169000-38．8564．22725037．67-179．69100—20．2664．03730069．58-46．29200-14．3622．387350131．89-54．729300—37．0551．58740097．18-27．279400-62．638．567500-13．04-127．3195000．91-159．36760061．34-91．349600O．29-173．65770038．13-19．8997002．26-155．777800-24．45-98．8998002．11-141．96790020．474．7199001．95-149．99从图5．11及表5．11中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=127时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的水58 长安大学硕士学位论文锤包络线差异很大，这种差异没有规律可循，时大时小，在桩号为7350米处，当发生突然停泵时，最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了131．89m，在桩号为7250米处，最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了179．6m，这些数据可以说明，水泵全特性曲线的误差对停泵水锤的影响很大，因此，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。01020304050607080时N／s图5．12三组离散数据分别计算出的水泵出口处不同时间段最高水压线表5．12三组腭，WM值计算出的不同时段吉林省某输水工程加压泵站处最大水锤包络线的误差大小时间最大值一理论值理论值一最小值时间最大值一理论值理论值一最小值100O5058200960893059707．5l4．1340688032从图5．12及表5．12中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=127时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的不同时段水泵处的水压变化不大。这说明两点：第一点说明，在发生突然停泵时，水泵处的水压稳定，没有出现较大的水锤波动；第二点说明，三组不同的离散数据误差对水泵处的水压影响不大。5．3比转数为333的三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响研究辽宁某输水工程泵站共4台泵，3用1备，泵的额定参数Qn=0．35m3／s，Hn=18m， 第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究Nn=1450r／min机组飞轮力矩GD2=69．757N／m2．吸水池水面高程为31．72m，高位水池水面高程33．48m。三台水泵公用一条压水管路，直径D=1200mm，管路全长7150m，管内波速为500m／s，局部水头损失为沿程水头损失的10％，停泵过程中无阀门动作。编制电算程序计算停泵过程水泵出口处压力的变化情况。泵的比转数为虬：3．65迪／40．75=333。--n‘则利用Ns=333的水泵全特性曲线的数值化WH(x)和WM(x)进行水锤电算。并依据三组离散数据得到一系列压力变化绘制的曲线如下：{R趟604020O管中心线及稳压线01000200030004000500060007000桩号／m图5．13辽宁某输水工程泵站管中心线以及稳态时的水压线表5．13三组脚、聊M对应计算的辽宁某输水工程泵站水锤包络线wH、WM理论1i『H、删最大1】yH、wM最小wH、删理论1iI『H、wM最大1jl『H、删最小桩号值对应的最高包络线最低包络线O243．791218．644215．22721．722lI72400205．023200．521195．1422．098800213．092214．91218．2822．08120042．442332．0779160042．108731．8018200041．775133．299240041．441529．1622280041．107928．8724320040．85429．6615360040．665629．9137400040．572633．605440040．960429．0031480041．836527．4333 长安大学硕士学位论文wH、wM理论wH、1】I『M最大1】I『H、wM最小1j17H、wM理论1jl『H、1】yM最大wH、1】l『M最小桩号值对应的最高包络线最低包络线5200229．62623．49755600262．09323．9905600043．31234．0936400256．17924．39766800240．531240．53l24．25715037．48注：图5．14对应表5．13。{同种工况下三组WH、朐彳计算出的水锤包络线R瞪．I．^▲^^／f250眠价WV、『Vf200瓣‘15010050I—^_‘●^VO1000200030004000500060007000桩号／m——理论值计算出的水压线一一最大值计算出的水压线——最小值计算出的水压线图5．14同种工况条件下三组离散数据分别计算出的最高水压线表5．14用最大、最小和理论F矽日，Ⅳ研值计算出的最大水锤包络线的误差大小桩号最大值一理论值理论值一最小值桩号最大值一理论值理论值一最小值O一25．14728．5643600O01006．083-8．3373700O0200-12．08318．4133800O30042．942-8．43239000O400-4．5029．883400005000．756-40．4324100O060016．7619．79942000O700-4．0570．87743000O8001．818—5．1884400O90020．993一10．78545000Oi00004600O022000O5800O02600062000O3550O7150O61 第五章水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响研究从图5．14及表5．14中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=333时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的水锤包络线差异较大，这种差异没有规律可循，时大时小，在桩号为300米处，当发生突然停泵时，最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了42．94m，在桩号为500米处，最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了40．43m，这些数据可以说明，水泵全特性曲线的误差对停泵水锤的影响较大，因此，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。水泵出口处不同时间段的水压线olO20304050607080时fs--J／s图5．15三组离散数据分别计算出的水泵出口处不同时间段最高水压线表5．15三组唧、阿似值计算出的不同时段辽宁某输水工程泵站处最大水锤包络线的误差大小时间最大值一理论值理论值一最小值时间最大值一理论值理论值一最小值50454．401O．03110O0501．9930．007150．02070．041755-162．3180．01820-5．34470．01526029．018-0．0282510．65950．05476596．9842030—2．4560．1287067．393-11．691355．1050．01575-14．7920．934025．025—19．9880161．0710从图5．15及表5．15中的数据可以看出，工程中水泵的比转数Ns=333时，用最大全特性曲线离散数据、最小全特性曲线离散数据和理论全特性曲线离散数据计算出的不{R幽∞∞的Oo●1 长安大学硕士学位论文同时段水泵处的水压差异很大，本工程只取了发生突然停泵时80秒内水泵处水压变化情况，这种差异也没有规律可循，时大时小，在突然发生停泵55秒时最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压低了162．32m，这些数据可以说明，水泵全特性曲线的误差尤其对水泵附近管道的水压影响很大，而且这种影响是在突然停泵之后很快发生的，因此，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。5．4本章小结在第四章的基础之上，研究了比转数凰为80、127和333的等扬程曲线、等转矩曲线的误差对停泵水锤的影响，把水泵全特性曲线的三组离散数据分别编入C++程序，计算停泵水锤工程实例，最后得出重要结论：①比转数凰为80时，以延川某引水工程三级泵站、辽宁阜新某输水工程一级泵站为例研究了三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响，研究表明最大、最小和理论全特性曲线离散数据计算出的水锤包络线差异很大，这种差异没有规律可循。最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了299．81m；对水泵附近管道的水压影响也很大，在突然停泵后45秒时，最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了219．27m。②比转数凰为127时，以延川某引水工程五级泵站、吉林省某输水工程泵站为例研究了三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响，研究表明最大、最小和理论全特性曲线离散数据计算出的水锤包络线差异很大，这种差异没有规律可循。最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压低了310．59朋；对水泵附近管道的水压影响也较大。③比转数凰为333时，以辽宁某输水工程泵站为例研究了三组离散数据对输水管道水力过渡过程的影响，研究表明最大、最小和理论全特性曲线离散数据计算出的水锤包络线差异较大，这种差异没有规律可循。特别是对水泵附近管道的水压影响很大，在突然停泵后55秒时，最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算出的水泵处的水压低了162．32m。④水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响大小和管道中水锤波波速也有关系。由上面一系列数据可以看出水泵全特性曲线误差对停泵水锤影响较大，因此建议在做水锤分析计算时，为了避免水泵全特性曲线对计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。63 第六章结论与展望6．1结论在长距离、大管径、高扬程输水系统中，常常由于多种原因引起水锤，而停泵水锤的发生对于长距离输水工程来说破坏性极强，而且其造成的经济损失巨大。因此，近年来对停泵水锤的分析计算越来越多的得到专业技术人员的重视。水泵全特性曲线作为描述水泵运转工况的重要参数，在停泵水锤计算中扮演着重要角色。停泵水锤计算中采用的水泵全特性曲线数值(WH(x)、撇))准确与否，对计算结果的真实可靠性有着至关重要的影响。本文用一些爆管事例说明发生停泵水锤的频率大且损失惨重。本文的重点在讨论水泵全特性曲线的数值化离散数据，以及研究水泵全特性曲线误差大小，最后用工程实例分析说明这种误差对停泵水锤计算的影响。本文以比转数Ns=80、127和333为例来研究水泵全面性能曲线的误差及其对停泵水锤的影响。最后结合大量工程实例，进行了全面的分析计算，主要进行的工作如下：l、详细阐述了水泵全特性曲线的意义以及在停泵水锤计算中的应用，重点介绍了比转数Ns=80、127和333的水泵全特性曲线数值化离散数据，经过读图和计算得到大量数据，包括水泵全面性能曲线的最大值、最小值和理论值。2、以比转数Ns=80、127和333的水泵为例，用大量数据和图标来分析水泵全特性曲线数值化离散数据的绝对误差和相对误差，通过对水泵全特性曲线误差分析，发现相对误差值较大，这种误差对停泵水锤计算有影响。3、以延川某引水工程三级泵站(特点是高扬程、大管径)、辽宁阜新某输水工程一级泵站(特点是长距离、高扬程、大管径)、延川某引水工程五级泵站(特点是长距离、大管径)、吉林省某输水工程加压泵站(特点是大管径、多起伏管道)、辽宁某输水工程泵站(特点是大管径、平坦管道)等输水工程为例，把Ns=80、127和333的水泵全特性曲线的最大值、最小值和理论值代入C++程序在同等条件下分别计算，结合最高水头包络线分析了水泵全特性曲线误差对水锤升压的影响，最后得出的结论为：①通过对水泵全特性曲线误差分析，发现相对误差值较大，Ns=80的水泵全特性曲线最大相对误差为36．4％，这种误差对停泵水锤计算有影响。②水泵全特性曲线误差对停泵水锤影响较大，特别是对大管径、高扬程、多起伏管道影响很大。膀127的最大全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压低了310．59m。③水泵全特性曲线误差对水泵附近的管道影响较大，在很短的时间内使管中水流波 长安大学硕士学位论文动较大。Ns=80的水泵在突然停泵后的45秒时，最小全特性曲线离散数据比理论全特性曲线离散数据计算的水压高了219．27m。④水泵全特性曲线误差对停泵水锤最低水压值影响不大，在本论文中的5个工程实例中，用三组离散数据计算出的最小水压值基本相同。⑤水泵全特性曲线误差对停泵水锤的影响大小和管道中水锤波波速也有关系，水锤波波速大影响就相对大，水锤波波速小影响就相对小。⑥结合以上5点，建议在进行水锤分析计算时，为了避免水泵全特性曲线误差对停泵水锤计算结果的不确定性影响，请尽量使用水泵全特性曲线的理论值进行水锤分析计算。6．2展望在上述工作完成之后，仍感到文中存在一些不足之处，同时还有很多工作有待今后进一步研究：1、水泵全面性能曲线资料非常匮乏，已经制约了对有压输水管道系统水力过渡过程的精确模拟，因此，在今后的科学研究中，重点应该放在开发较为简单实用的水泵全性能曲线测试技术，准确获取水泵的全特性曲线离散数值。这样，可以使有压输水系统水力过渡工程的分析更符合工程实际，更好地服务于我国长距离输水工程水锤防护研究工作。2、本文分析了比转数Ns=80、127和333的水泵全面性能曲线误差对长距离、大管径输水工程水力过渡过程的影响，对于其他类型输水工程(例如小管径输水工程)并未做分析研究，因此，得出的结论只局限于本类型的输水工程水力过渡过程，对于其他类型输水工程有待进一步地研究和工程论证。3、本文分析了比转数Ns=80、127和333的水泵全面性能曲线误差对某些输水工程水力过渡过程的影响，对于其他类型水泵(例如轴流泵、混流泵)并未做分析研究，因此，得出的结论只局限于本类型的水泵，对于其他类型水泵有待进一步地研究和工程论证。 参考文献[1]张光华．水处理化学品制备与应用指南[M]．北京：中国石化出版社，2003：95一-,174[2]经世．世界水资源危机[J]．科普园地．2004，18(4)：40[3]张华，鹿爱莉．全球水资源及其利用现状[J]．国土资源．2002，(1)：24[4]周怀东．保护与改善我国水环境的战略思考[J]．水利水电技术，1998，29(10)：57[5]傅新平．我国水资源状况与南水北调中线工程[J]．河南水利与南水北调，2008，(1)：l[6]方旭浩．我国水资源可持续利用对策[J]．水利发展研究，2008，3(4)：24[7]郑连第．世界上的跨流域调水工程[J]．南水北调与水利科技，2003，1(12)：8[8]贲克平．国际上大规模跨流域调水工程实例[J]．科技信息，2003，9：18[9]田易，刘易明，邵益生．中国城市水资源可持续开发利用[M]．北京：中国水利水电出版社，2002[10]王维红，王东萍，马英杰．排气阀的技术性能及选择[J]．水利与建筑工程学报，2004，2(4)：23～26111]张春娟．冯家山水库引水工程爆管事故分析研究[D]．西安：西北农林科技大学，2007[12]金锥，姜乃昌，汪兴华等．停泵水锤及防护[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004年11月第二版，5．[13]刘竹溪，刘光临．泵站水锤及其防护[M]．北京：水利电力出版社，1988[14]戎玉波．停泵水锤现象及其防护措施探讨[J]．中国水运，2008，08(9)：164[15J郝亚民．分析水锤对给水管道的影响[J3．科技信息，2008，(7)：320[16][日]秋元德三著．水击与压力波动[M]．支陪法等译．北京：电力工业出版社，1981[17]王树人，刘天雄，彭天玫．水击理论与水击计算[M]．北京：清华大学出版社，1981[18]杨远东，邓志光．停泵水锤计算及其防护措施[J]．中国给水排水，2000，16(5)：29[19]陈锦峰，杨飞，张周文．比转数相同水轮机综合特性曲线对大波动过渡过程的影响分析[J]．人民珠江，2005，(4)：34[20]张海龙．长距离输水管路停泵水锤的数值模拟[J]．黑龙江水专学报，2002，29(2)：20[21]李健，徐广明．水锤的危害与防范[J]．中国科技信息，2008，15：49[22]陈辉．水锤偏微分方程组有限元方法正反演[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006[23]樊希葆，谢水波，陈泽昂，等．水泵站停泵水锤数值计算理论研究一基本概念模型[J]．南华大学学报，2005，19(1)：16[24]王成敏，闫志国．水泵管道动态分析[J]．水泵技术，2004，4：21,-一22[25]郑铭，陈池，袁寿其．水锤数值计算的全特性曲线法[J]．农业机械学报，2000，5[26]杨玉思，张世昌，付林．有压供水管道中气囊运动的危害与防护[J]．中国给水排水，2002，9：13[27]陈云良，鞠小明．水泵断电后水力瞬变过程计算方法[J]．四川水力发电，2001，20：91[28]姜乃昌．水泵及水泵站[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998年6月第四版：37""38[29]刘梅清，孙兰风，周龙才等．长管道泵系统中空气阀的水锤防护特性模拟[J]．武汉大学学报 长安大学硕上学位论文(工学版)，2004，37(5)，23—27[30]M．HanifChaudhry．ApplledHydraulicTransients[J]．BritishColumbiaHydroandPowerAuthorityVancouver．BritishColumbia，Canada，1979[31]曹广学．高扬程泵站压力管路安全防护的计算机数值模拟[D]．太原：太原理工大学，20051,32]陈达卫．水泵全特性曲线的神经网络预测模型的研究IJ]．炼油技术与工程，2004，34(12)：241"333邵卫云，张雄．水泵水轮机全特性曲线的拟合[J]．水力发电学报，2004，23(5)：103[34]翁文林，杨建东．特性曲线的分区处理与机组边界数值模拟的研究[J]．水利水电技术，2003，34(2)：56[35]张保平，陈乃祥，吴炯扬，等．水泵水轮机全特性对数曲线投影法的应用[J]．机电与金属结构，2000，9：49[36]中国市政工程东北设计研究院、长安大学主编．《城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程》．中国计划出版社．2005[37]刘光临，蒋劲等．泵站水锤阀调节防护试验研究[J]．武汉水利电力大学学报，1991，12[38]杨玉思．全压高速排气阀[P]．中国专利：98113073，2000-05-31[39]StreeterV．L．WaterhammerAnalysis[J]．ASCEJournaloftheHydraulicsDivision，1969，95(HY6)：1959—1972[40]姚青云，冯淑萍，曹鸣．曲线拟合在泵站水锤计算中的应用[J]。宁夏工程技术，2004，3(1)：11～121,41]丁浩．水电站压力引水系统非恒定流[M]．北京：水利电力出版社，1986[42]金锥，杨玉思．两处水柱分离与断流空腔弥合水锤的研究[A]．第三届中日流体机械国际学术会议．大阪：1990[43]AugusRW．WaterhamerPressureinCompoundandBrandedPipes[J]．Proc．Amer．Soc．Mech．Engrs．1938．340—401[443E．B．Wylie．V．L．Streeter．FluidTransients[M]．Mcgraw-HillInternationalBookCompany，1978[45]于必录，刘超，杨晓东．泵系统过渡过程分析与计算[M]．北京：水利电力出版社，1993：93-120[46]杨玉思，辛亚娟．管网爆管的水力因素分析及防爆技术探讨[J]．中国给水排水，2006，22(21)，6卜6367 攻读学位期间取得的研究成果攻读硕士学位期间发表的论文：【l】淀粉及改性淀粉的阻垢性能测试．环境科学与技术攻读硕士学位期间参与的科研项目：【1】陕西咸阳彬长矿区输配水管道优化【2】苏丹港输水工程管道设计【3】延川供水工程管网设计K4]法库供水输水管道停泵水锤试验【5】盐环定扬黄续建供水工程水锤计算【6】西安阳光能源公司废水处理设计方案【7】协助编写《给水排水设计手册》第三版阀门部分[8J新疆伊犁河谷地南岸干渠察布查尔县自流灌区21、22骨干管网水利工程进排气阀采购投标文件的编写 长安大学硕士学位论文致谢本论文是在导师杨玉思副教授的悉心指导下完成的，论文的整个写作过程中，凝结着杨老师的心血和智慧。在本人攻读硕士学位的三年中，杨老师给予了很多的指导和关怀。导师渊博的知识、严谨治学的科研态度和朴实诚恳的生活作风给我留下了深刻的印象，导师三年来的熏陶和教诲将使我终生受益。在此，谨向杨老师及其家人致以最诚挚的谢意。在研究生三年的学习生活中，我也得到了其他老师的精心指导和大力支持，在此对他们表示感谢。感谢好友马军、肖夏，感谢师弟师妹们及同学刘琳、刘艳霞在论文写作中给予的热情帮助，感谢研0829班的所有同学。最后，深深感谢我的父母和男友，感谢他们对我学业的理解、支持，才使我顺利完成学业。谨将本论文献给所有给予我关爱和帮助的师长、家人和朋友们。刘利2011年6月 f∈享1'