[發(fā)明專(zhuān)利]一種計(jì)算供水系統(tǒng)首相飛逸水錘壓力的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610403585.0
• 申請(qǐng)日: 2016-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106066940B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范呈昱;張健;俞曉東;陳勝;羅浩;蔣夢(mèng)露
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 李曉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種計(jì)算供水系統(tǒng)首相飛逸水錘壓力的方法，屬于水利水電工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于我國(guó)水資源分布不均衡、地區(qū)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡、水污染等原因造成部分地區(qū)水供應(yīng)緊張。我國(guó)因此建設(shè)了許多供水工程以緩解地區(qū)用水緊張的局面。除在少數(shù)地形條件下適用重力流供水，大部分供水工程需采用加壓方式供水。在供水系統(tǒng)無(wú)水錘防護(hù)措施保護(hù)的情況下，一旦出現(xiàn)水泵掉電事故，將造成水泵后的管道內(nèi)壓力下降過(guò)大。如果管道內(nèi)壓力降低到水的汽化壓力，將產(chǎn)生空穴，出現(xiàn)液柱分離。隨著管道內(nèi)壓力的波動(dòng)，當(dāng)該處壓力升高時(shí)，將發(fā)生液柱彌合，產(chǎn)生數(shù)倍于靜水壓力的彌合水錘壓力，會(huì)對(duì)管道和水泵造成嚴(yán)重的破壞。故，對(duì)無(wú)水錘防護(hù)情況下的停泵水錘壓力進(jìn)行求解，是水錘防護(hù)方案設(shè)計(jì)前的必要步驟。

特征線法是目前求解工程停泵水錘的實(shí)用方法，其優(yōu)點(diǎn)為仿真精度高、可模擬復(fù)雜系統(tǒng)，且物理概念清晰。但是計(jì)算量大，需要計(jì)算機(jī)的輔助。對(duì)于簡(jiǎn)單的加壓供水系統(tǒng)，上世紀(jì)七十年代提出了帕馬金(J.Parmakian)圖解法以及富澤清始圖解法。帕馬金圖解法沒(méi)有考慮水泵全特性和管道摩阻的影響，同時(shí)該方法僅限定于求解比轉(zhuǎn)速為130的離心泵，只適用于管道較短、摩阻可忽略、且機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的系統(tǒng)。富澤清始圖解法沒(méi)有對(duì)水泵比轉(zhuǎn)速的限定，同時(shí)它考慮了管道摩阻，并且可求出管道在事故停泵過(guò)程中的最小壓力，同帕馬金圖解法比相對(duì)較優(yōu)。但是這兩個(gè)方法均為經(jīng)驗(yàn)方法，不具備充分的理論依據(jù)，且對(duì)于長(zhǎng)距離供水工程的誤差較大。隨著近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，水泵機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD²大幅下降，供水管道長(zhǎng)度L大幅增加，水泵效率進(jìn)一步提高，水泵全特性對(duì)水錘的影響越來(lái)越顯著，事故停泵水錘對(duì)供水系統(tǒng)的危害性更大，帕馬金圖解法以及富澤清始圖解法已不適用。同時(shí)，正由于水泵機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD²隨著技術(shù)的發(fā)展變得越來(lái)越小，對(duì)于目前大多數(shù)的長(zhǎng)距離供水工程，當(dāng)發(fā)生水泵掉電事故時(shí)，通常水錘波還未反射回泵后，水泵已經(jīng)快速完成壓力下降，并穩(wěn)定在飛逸狀態(tài)。此時(shí)發(fā)生的停泵水錘稱(chēng)為首相飛逸水錘。首相飛逸水錘是目前長(zhǎng)距離供水工程中最常見(jiàn)的停泵水錘。為了能夠簡(jiǎn)單快速求解到具有較高精度的首相飛逸水錘壓力，本發(fā)明提供了一種計(jì)算供水系統(tǒng)首相飛逸水錘壓力的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)當(dāng)前存在：特征線法的精度高但是計(jì)算量大，而帕馬金圖解法以及富澤清始圖解法求解簡(jiǎn)單但是精度低的問(wèn)題。本發(fā)明旨在對(duì)首相飛逸水錘的特點(diǎn)和性質(zhì)進(jìn)行研究，進(jìn)而給出首相飛逸水錘的泵后最大壓降值的計(jì)算方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

1.假定發(fā)生首相飛逸水錘。由首相飛逸水錘的特性：首相水泵能夠飛逸，飛逸時(shí)刻的泵后壓力接近最小值；水泵從飛逸時(shí)刻點(diǎn)到首相末一直近似處于飛逸狀態(tài)，各參數(shù)幾乎保持不變；泵后壓力在首相末時(shí)刻達(dá)到最小值。可將計(jì)算模型簡(jiǎn)化為：水泵自飛逸時(shí)刻點(diǎn)到首相末一直嚴(yán)格處于飛逸狀態(tài)，各參數(shù)嚴(yán)格保持不變，水泵首相末時(shí)刻飛逸，首相末時(shí)刻的水泵各參數(shù)等于飛逸時(shí)刻的值。進(jìn)而由管道水錘傳播的特征方程及水泵的基本方程可得首相末時(shí)刻水泵處于飛逸狀態(tài)下的單泵流量Q_P和泵后壓降值DH_P計(jì)算公式：

DH_P＝iC₁Q_P-C₁Q₀

其中，Q_P為首相末水泵飛逸下的單泵流量；Q₀為管道初始狀態(tài)下的總流量；DH_P為首相末水泵飛逸下的泵后壓降值；H₀為水泵初始揚(yáng)程；i為相同型號(hào)的并聯(lián)泵數(shù)量；f為Darcy-Weisibach系數(shù)，L為管道長(zhǎng)度，g為重力加速度，D為管道直徑，A為管道面積，a為管道水錘波速；WH(x)為Suter變換后的水泵全特性曲線上對(duì)應(yīng)于飛逸點(diǎn)的橫坐標(biāo)X的揚(yáng)程縱坐標(biāo)，H_B為出水池水位，H_U為進(jìn)水池水位，H_r為水泵額定揚(yáng)程，Q_Pr為水泵額定流量。

2.對(duì)Q_P解的情況進(jìn)行判定：當(dāng)時(shí)，首相末水泵處于X的第一象限內(nèi)的飛逸點(diǎn)，計(jì)算中取第一象限內(nèi)的飛逸點(diǎn)的橫坐標(biāo)X，此時(shí)Q_P為負(fù)；當(dāng)時(shí)，首相末水泵處于X的第三象限內(nèi)的飛逸點(diǎn)，計(jì)算中取第三象限內(nèi)的飛逸點(diǎn)的橫坐標(biāo)X，此時(shí)Q_P為正。

3.首相飛逸水錘的判定條件為首相水泵能夠飛逸，故校核Q_P應(yīng)滿足：