水泵机组转动惯量对停泵水锤的影响研究

论文摘要

在长距离输水工程中,水锤事故的发生是较为普遍的现象,尤其是管线高差起伏较大、地形复杂的工程。水泵机组是长距离输水系统中的重要组成部分,水泵机组在突然停车后的暂态对于管路中的水力过渡过程是有直接影响的,因此,水泵机组的特性也是停泵水锤计算中的重要边界条件。转动惯量是水泵机组的重要特性之一,研究转动惯量对于停泵水锤的影响对于停泵水锤防护具有理论价值和现实意义。本文从水锤计算的动量方程式出发,系统地介绍了水锤计算的特征线方程及其应用,以及在应用特征线法时水泵机组处的边界控制条件。根据停泵水锤的特点,分析了改变水泵机组转动惯量对于停泵水锤升压的影响,并简单介绍了实际工程中常用的几种水锤防护设备,给出其边界控制条件。对于实际工程中经常用来增大水泵机组转动惯量的措施进行具体阐述,讨论惯性飞轮的特性、尺寸设计以及安装方式,针对安装了惯性飞轮的水泵机组复核其电动机的启动转矩并计算启动时间。本文选取了两个输水工程实例,其中一个工程实例其水泵机组的原转动惯量较小,另一个则较大。在管线中安装缓闭止回阀和缓冲排气阀的情况下,分别改变水泵机组的转动惯量,利用停泵水锤升压的计算结果以及停泵后水泵机组的暂态数据,研究水泵机组的转动惯量对停泵水锤的影响。计算惯性飞轮的的设计尺寸以及水泵机组的启动时间,分析增装惯性飞轮的可行性。理论分析与工程实例同时说明,对于原本水泵机组转动惯量较小的输水管线,适当增大其转动惯量可以有效缓解水锤升压,并且无论采用换装电动机或是增装惯性飞轮来增加水泵机组的转动惯量都是方便可行的；对于原本水泵机组转动惯量较大的输水管线,增大其转动惯量同样可以缓解甚至完全控制水锤升压,但是需要增装的惯性飞轮必然尺寸较大,无论设计制造还是安装都很困难,甚至根本无法实施。因此,增大转动惯量用以停泵水锤防护的方法只适用于水泵机组容量较小的输水管线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 水锤现象综述
• 1.2.1 水锤现象
• 1.2.2 水锤危害
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容和技术路线
• 第二章 水锤的基本理论和分析计算方法
• 2.1 水锤计算的基本理论方程式
• 2.2 水锤基本微分方程式
• 2.3 水锤计算的特征线方程及其应用
• 2.3.1 特征线方程式的推导
• 2.3.2 有限差分方程的应用
• 2.4 水泵处的边界控制条件
• 2.4.1 水泵全面性能曲线的改造
• 2.4.2 水泵处边界条件方程式
• 第三章 水泵机组的转动惯量以及停泵水锤特性研究
• 3.1 转动惯量
• 3.1.1 转动惯量的概念
• 3.1.2 转动惯量的计算
• 3.2 水泵机组的惯性方程式
• 3.2.1 惯性方程式
• 3.2.2 惯性方程式在停泵水锤计算中的应用
• 3.3 增大水泵机组的转动惯量在停泵水锤防护中的应用
• 3.3.1 停泵水锤的特点
• 3.3.2 大转动惯量在停泵水锤防护中的作用
• 3.3.3 停泵水锤防护措施比较
• 第四章 增设在水泵机组上的惯性飞轮的特性研究
• 4.1 惯性飞轮的转动惯量计算
• 4.1.1 飞轮设计的基本原理及基本方程式
• 4.1.2 飞轮转动惯量的计算方法
• 4.2 惯性飞轮的设计与安装
• 4.2.1 惯性飞轮的尺寸设计
• 4.2.2 惯性飞轮的安装方式
• 4.3 增设惯性飞轮后水泵机组的启动
• 4.3.1 水泵机组的启动负荷计算
• 4.3.2 水泵机组的启动时间计算
• 第五章 转动惯量对停泵水锤影响的实例分析
• 5.1 停泵水锤计算中的几个重要参数
• 5.1.1 波速
• 5.1.2 单位摩阻
• 5.1.3 飞轮力矩
• 5.1.4 比转速
• 5.1.5 阀门开度
• 5.2 延川黄河引水管线水力分析
• 5.2.1 工程概况
• 5.2.2 输水管线的主要技术资料
• 5.2.3 水力分析计算
• 5.2.4 工程小结
• 5.3 靖边能化产业园输水管线水力分析
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 输水管线的主要技术资料
• 5.3.3 水力分析计算
• 5.3.4 工程小结
• 结论与建议
• 1.结论
• 2.建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢