本文關鍵詞：泵系統(tǒng)和樹狀重力流系統(tǒng)瞬變控制方法研究及應用　出處：《西安理工大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 泵系統(tǒng) 樹狀重力流系統(tǒng) 瞬變控制 數(shù)值模擬 空氣閥 旁通管

【摘要】：隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展,長距離輸水工程越來越多,保證長距離輸水工程的運行安全是首要任務。特別是泵系統(tǒng)和樹狀重力輸水系統(tǒng),引起泵系統(tǒng)瞬變流的原因較多,可以是人為調(diào)節(jié)產(chǎn)生的擾動,如泵系統(tǒng)中的閥調(diào)節(jié)、全調(diào)節(jié)葉片泵的葉片安裝角度的調(diào)節(jié)、水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等等,也可以是其它偶然因素產(chǎn)生的系統(tǒng)擾動,如電力中斷導致的事故停泵等,事故停泵引起的瞬變過程往往是造成管道破裂或其它工程事故的最主要原因。樹狀重力流系統(tǒng)水源單一,用水點較多,與一般輸水系統(tǒng)相比,樹狀重力流輸水系統(tǒng)更為復雜,瞬變過程存在更多的不確定性因素。如果多個支管末端閥門在較短時間內(nèi)相繼關閉或開啟,將會引起系統(tǒng)內(nèi)瞬變壓力波的疊加,導致過高的正壓或嚴重的負壓。因此,本文針對泵系統(tǒng)和樹狀重力系統(tǒng)瞬變控制方法進行研究,既可提高泵系統(tǒng)和樹狀重力流系統(tǒng)的瞬變控制效果,又有利于減小控制瞬變措施的工程投資,這對降低工程造價、提高系統(tǒng)運行中的安全可靠性與運行穩(wěn)定性具有重要意義。本文采用理論分析、數(shù)值模擬與工程應用相結(jié)合的研究方法,運用瞬變流的基本理論和數(shù)值計算方法,在前人研究的基礎上使用科學計算語言Matlab編程,對泵系統(tǒng)和樹狀重力流系統(tǒng)瞬變控制方法進行更進一步的研究,具體研究成果如下:1.空氣閥是安裝在輸水管道上的常用裝置,目前空氣閥在工程應用中的存在盲目性和隨意性問題。空氣閥型式和孔徑選擇不合適,會使空氣進入管道不及時而引起汽化現(xiàn)象或管道內(nèi)的空氣快速排放而引起水柱分離再彌合瞬變正壓。為了研究空氣閥控制瞬變的機理、空氣閥的控制瞬變效果和空氣閥控制瞬變的影響因素,本文運用基本瞬變理論和特征線方法,建立空氣閥邊界條件,使用科學計算語言Matlab對算例進行數(shù)值模擬計算。計算結(jié)果表明:進氣孔徑和排氣孔徑尺寸不相同的空氣閥比進、排氣孔相同的空氣閥的瞬變控制效果更好,空氣閥控制瞬變的主要影響因素為空氣閥的進氣孔面積Ain,排氣孔面積Aout,孔口面積比ε和上浮壓力系數(shù)ω。實際工程應用中,要想達到理想的瞬變控制效果,應根據(jù)實際工程對空氣閥的影響因素進行優(yōu)化計算。2.旁通管作為一種經(jīng)濟、簡單的水錘防護措施被用來控制因水泵事故停泵引起的瞬變極值壓力。目前使用的傳統(tǒng)型旁通管在工程應用上存在一定的局限性,本文針對其局限性對傳統(tǒng)型旁通管進行了改進,提出改進型旁通管。與傳統(tǒng)型旁通管相比較,改進型旁通管中的控制閥是以UPS控制器決定閥門啟閉的液控閥,這種改進可以精確控制液控閥的啟閉,有利于瞬變控制。為了研究改進型旁通管控制瞬變的效果,在特征線方法的基礎上建立了包括改進型旁通管、止回閥和水泵的復雜系統(tǒng)的數(shù)學模型。以某工業(yè)園區(qū)供水工程為例,數(shù)值模擬了該泵供水系統(tǒng)事故停泵后的瞬變過程。另外,通過6個方案對影響改進型旁通管控制瞬變壓力效果的關鍵參數(shù)(改進型旁通管的直徑d,長度l和改進型旁通管中液控閥的啟閉時間t1,t2,t3,t4)進行敏感性分析研究,對泵供水系統(tǒng)典型斷面極值壓力變化和管道壓力包絡線的分析和比較,說明選擇合適參數(shù)的改進型旁通管能夠?qū)⑤斔到y(tǒng)中的瞬變壓力控制在合理范圍。為泵系統(tǒng)瞬變控制方法的完善和發(fā)展提供了技術依據(jù),具有重要的學術價值和實用價值。3.本文以樹狀重力流輸水系統(tǒng)支管末端閥門關閉(分別以5s關閉、30s關閉、50s關閉、75s關閉和100s關閉)分別在8個分水口處引起的瞬變壓力變化為研究重點,分別數(shù)值模擬計算了單個閥門關閉分別在8個分水口處引起的瞬變壓力變化;整個樹狀重力流樹狀系統(tǒng)11個閥門全部同時關閉分別在8個分水口處引起的瞬變壓力變化;9#、10#和11#閥門分別同時關閉和疊加關閉在8#分水口處引起的瞬變壓力變化;整個樹狀重力流樹狀系統(tǒng)11個閥門全部閥門疊加關閉分別在8個分水口處引起的瞬變壓力變化。計算結(jié)果表明:每個閥門關閉引起的最大瞬變壓力在相同斷面上出現(xiàn)的時刻相同,最大瞬變壓力波就會發(fā)生相長疊加。各支管末端閥門疊加關閉引起的最大瞬變壓力相長疊加后的壓力升高值△H2大于各支管末端閥門全部同時關閉引起的壓力升高值△H1,也大于單個閥門關閉引起的瞬變壓力升高值的累加值∑△H。本研究提出了樹狀重力流輸水系統(tǒng)最不利瞬變壓力的確定方法,證明發(fā)生相長疊加后的瞬變壓力為最不利瞬變壓力,為樹狀重力流輸水系統(tǒng)瞬變控制措施的選擇提供了科學依據(jù)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TV675;TV136.2

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本文編號：1420301