长距离泵输水系统水锤分析与防护研究

摘要

由于我国工业的迅速发展、人民生活水平的提高和城镇化进程的加快,城市的需水量增加很快,就近取水已远远不能满足人民生活和生产的需要,加之我国水资源时空分布又极不均匀,由此带来的水资源供需矛盾日益加剧,很大程度上制约了社会经济的发展和人民生活水平的提高.为满足用水需求,确保供水,以南水北调工程为显著标志的跨流域调水、远距离输水工程越来越多,其管线往往受多种因素的影响,将呈现出起伏变化复杂的显著特点.当系统发生水锤事故时,在管道的局部位置,会因水锤降压的影响而出现吸气、气体释放、液体汽化乃至水柱分离现象；当水锤升压时,又可能会造成升压很高的断流弥合水锤,这些现象将使整个输水系统无法安全运行.因此,对泵输水系统水锤进行正确的分析,对其过渡过程进行准确的预测,从而合理地选择防护措施,是优化工程设计、确保工程安全运行的关键,对于保障生活生产用水及社会经济的发展,具有非常重要的意义. 本文的主要内容如下: (1)阐述论文的研究目的意义,输水系统水锤现象的发生机理、分类、研究理论及分析计算方法,简述水锤研究的现状. (2)总结并给出目前国内外常用的主要水锤波速计算方法.论述水锤的基本微分方程及特征线计算方法,运用特征线法建立简单管路系统与复杂管路系统中常见的边界条件,包括(上、下游)水库、(正常运行工况)水泵、(管道中、末端)阀门、串联管系与分叉管系. (3)简述水锤计算中常用的压力管道分段方法,对调整波速法进行研究,提出了改进的调整波速法. (4)建立水泵机组事故停机边界条件,包括单泵、串联泵、并联泵、带旁通管泵组,并进行数值计算. (5)简述水力瞬变过程中空穴的成因及其流态特征,建立计算气液两相瞬变流的主要数学模型. (6)论述长距离泵输水系统常用的水锤防护措施及其装置构成、防护机理、设计要点、特性等.建立相应的边界条件,包括简单调压塔、单向调压塔、空气阀、两阶段可控蝶阀.阐述管道进排气设计及空气阀存在的问题. (7)通过编制的计算机程序,对陕西榆林某电厂供水工程进行水锤分析计算,并提出合理的防护措施.

目录

文摘

英文文摘

前言

论文说明：主要符号表

独创性声明及学位论文使用授权声明

1绪论

1.1研究的目的及意义

1.2输水管道系统水锤现象

1.3国内外研究历史和现状

1.3.1综述

1.3.2气液两相瞬变流的研究

1.3.3研究理论及分析计算方法

1.4本文的研究内容

2水锤基本理论与分析计算方法

2.1水锤波速

2.1.1 Halliwell波速计算公式

2.1.2 Parmakian波速计算公式

2.1.3考虑管道保护层影响的波速计算公式

2.2水锤的基本微分方程

2.3水锤计算的特征线法

2.3.1特征线方程

2.3.2有限差分方程

2.4简单管路系统

2.4.1上游端水库

2.4.2下游端水库

2.4.3上游端为已知压头流量曲线的离心泵

2.4.4管道末端阀门

2.4.5管道中的阀门

2.5复杂管路系统

2.5.1串联管系

2.5.2分叉管系

2.5.3管系分段

3水泵机组边界条件及其数值解

3.1水泵全特性曲线

3.2单泵边界条件及其数值解

3.2.1水头平衡方程

3.2.2机组惯性方程

3.2.3单泵边界条件方程求解

3.3泵组边界条件及其数值解

3.3.1串联泵

3.3.2并联泵

3.3.3泵端旁通管

4气液两相瞬变流

4.1空穴成因及其流态特征

4.1.1空穴的形成

4.1.2流态特征

4.2气液混合液中的波速计算公式

4.3常用数学模型及算法

5长距离泵输水系统水锤防护措施研究

5.1简单调压塔

5.1.1构成及工作原理

5.1.2边界条件

5.1.3设计要点

5.2单向调压塔

5.2.1构成及工作原理

5.2.2边界条件

5.2.3设计要点

5.3空气阀

5.3.1分类

5.3.2管道进排气设计及空气阀存在的问题

5.3.3边界条件

5.4可控阀

5.4.1工作原理

5.4.2边界条件

5.4.3蝶阀阻力特性曲线

5.5泄水降压型

5.6其他

6陕西榆林某电厂供水工程水锤分析计算

6.1工程概况

6.2水泵、配套电机型号及相关参数

6.3该工程水锤计算结果与防护措施

6.3.1 10sh-9型水泵事故停机时的计算结果

6.3.2 300s-90型水泵事故停机时的计算结果

6.3.3防护措施

6.3.4结论

7结语

致谢

参考文献

附录