水锤的研究与防护

论文摘要

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。为满足用水需求,跨流域调水、远距离输水工程越来越多。输水管线往往也受多种因素的影响,将呈现出起伏变化复杂的显著特点,很容易造成水锤事故。当输水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,这些现象将使整个系统无法安全运行。因此,对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。本文详细介绍了泵站水力过渡过程计算的基本原理及方法;并结合泵站实际,建立了同型号水泵并联边界条件下的水锤计算数学模型,然后利用计算机软件进行模拟计算。通过结合松既取水工程事故停泵水锤的分析,得出了两阶段缓闭阀的最优操作程序。此操作程序对防护事故停泵时压力升高、机组倒转、管道倒流效果明显;同时也提出在管道负压超过一定值的地方设置进排气阀,防止管道局部凸起处产生水柱分离。本文研究表明,对于长管道泵站,事故停泵的水锤防护要根据边界条件进行分析计算,并结合管线布置,采取相应的防护措施,如结合两阶段关闭阀、单向调压塔、进排气阀等多种防护措施才能起到对管道水锤的防护效果。文中还针对异径复杂管路的水锤计算问题进行了阐述,最后提出了目前泵站水锤分析中有待进一步研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 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的发展
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 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
• 2.2 水锤的基本微分方程
• 2.3 特征线方程求解方法
• 2.4 简单管路系统
• 2.4.1 上游为水池
• 2.4.2 下游端水库
• 2.4.3 上游为正常运转中的离心泵
• 2.4.4 下游或管路内部的阀门
• 2.5 不同管路串联的水锤计算
• 2.5.1 不同管路串联的水锤计算
• 第三章 水泵机组边界条件及其数值解
• 3.1 泵边界条件
• 3.2 事故停泵时泵处的边界方程
• 3.2.1 水头平衡方程
• 3.2.2 机组转速改变方程
• 3.2.3 停泵水锤的暂态参数计算
• 3.3 并联泵组边界条件及其数值解
• 第四章 水锤防护措施的应用研究
• 4.1 伴有空穴流和液柱分离的过渡过程特征
• 4.1.1 空穴的形成
• 4.1.2 流态特征
• 4.2 考虑气体释放时的两相瞬变流计算
• 第五章 常用辅助边界条件及系统元件
• 5.1 空气罐防护
• 5.1.1 空气罐防护工作原理
• 5.1.2 空气罐边界条件的建立
• 5.1.3 空气罐容积对消除水锤的影响
• 5.2 单向调压塔防护
• 5.2.1 单向调压塔构成及工作原理
• 5.2.2 单向调压塔边界条件
• 5.2.3 单向调压塔尺寸的确定
• 5.3 进排气阀
• 5.4 两阶段关闭蝶阀的水锤防护
• 5.4.1 两阶段关阀防护水锤的原理
• 5.4.2 两阶段关阀特性参数的选取与确定
• 5.5 其他防护措施介绍
• 第六章 松既长江取水工程水锤防护模拟
• 6.1 工程概述
• 6.1.1 水泵、配套电机型号及辅助设备的相关参数
• 6.1.2 其余参数的确定
• 6.1.3 管线布置图
• 6.2 水锤计算的特点
• 6.3 停泵水锤计算分析
• 6.3.1 管道末端凸起解决措施
• 6.3.2 无防护措施的理论计算
• 6.3.3 多处水柱分离的计算
• 6.3.4 双泵并联运行防护设计
• 6.3.5 计算结果
• 6.3.6 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录