[發明專利]一種降低泵系統自激振動的管道結構及方法

有效

• 申請號: 201711419512.1
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108149750B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 朱曉明;高航
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;E03B7/02;E03B7/07
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 張蘇沛

1.一種計算泵系統自激振動方法，將信號分析方法引入泵系統自激振動計算分析；用MATLAB進行STFT仿真分析時，用到的做短時傅里葉分析的函數為spectrogram(x,window,noverlap,nfft,fs)，其中，x為自激振動的向量數據；window為hamming窗；noverlap為窗函數γ[n]的中心每次平移的點數，MATLAB默認的分段重疊的點數為窗函數長度點數的一半；Nfft為計算離散傅里葉變換的點數取值512點；fs為采樣頻率取值50HZ；其特征在于：

構建降低自激振動管道結構的泵系統，所述降低自激振動管道結構包括閥門(6)、變直徑鋼管和聚乙烯管(3)，所述變直徑鋼管用兩根不同直徑的鋼管焊接而成，兩根不同直徑的鋼管的軸線在同一直線上，分別為細鋼管(1)和粗鋼管(2)，所述細鋼管(1)和粗鋼管(2)焊接連接，所述粗鋼管(2)和聚乙烯管(3)由法蘭(4)連接，所述閥門(6)與所述細鋼管(1)的另一端連接，所述聚乙烯管(3)與出水池(5)連接；所述細鋼管(1)的直徑為所述粗鋼管(2)的直徑的倍，所述細鋼管(1)的長度為所述粗鋼管(2)長度的3倍；所述閥門(6)為密封性好的球閥；所述聚乙烯管(3)選用PE管；所述聚乙烯PE管的管徑與所述粗鋼管(2)的管徑相同；

所述計算泵系統自激振動方法具體步驟為：

a)將管道以空間步長Δx將每個管道分為若干段，時間以Δt為步長分為若干份，從而在x-t平面形成矩形網格，得到計算當前時刻i節點流量Q_Pi與測壓管水頭H_Pi的2個特征線方程：

正方向：Q_Pi＝Q_i-1-(H_pi-H_i-1)/[a/(gA)+|Q_i-1|fΔx/(2gDA²)]

負方向：Q_Pi＝Q_i+1-(H_pi-H_i+1)/[a/(gA)+|Q_i+1|fΔx/(2gDA²)]

式中，Q_i-1為i-1節點流量，m³/s；Q_i+1為i+1節點流量，m³/s；H_i-1為i-1節點測壓管水頭，m；H_i+1為i+1節點測壓管水頭，m；f為摩阻系數，a為波速，A為管截面積，D為管道直徑；

b)閥門節點同時滿足閥門的漏水特性及其相連接的管道的特性：

出水池水位H_P0與閥門水位H_W之間的水位差：ΔH＝H_P0-H_W

構建以ΔH為變量的方程：-B_Pk₂ΔH^3/2+ΔH+B_Pk₁ΔH^1/2+H_W-C_P＝0

運用牛頓迭代法求解，解得ΔH的值；

其中，C_P,B_P,可用i-1節點的流量與測壓管水頭計算得到：

C_P＝H_i-1+B_pQ_i-1

B_P＝a/(gA)+|Q_i-1|fΔx/(2gDA²)

c)變直徑串聯管道的節點前后流量和水頭一致：

串聯管道前后的流量特性：

串聯管道前后的水頭特性：

式中，分別表示細鋼管計算節點的流量和水頭；分別表示粗鋼管計算節點的流量和水頭；

d)根據建立的數學模型，運用特征線法對泵系統進行自激振動的計算，得到閥門漏水進水端測壓管水頭隨時間的變化；

e)將信號分析方法引入泵系統自激振動計算分析，用MATLAB進行STFT仿真分析時，用到的做短時傅里葉分析的函數為spectrogram(x,window,noverlap,nfft,fs)，其中，x為自激振動的向量數據；

Window為hamming窗；

Noverlap為窗函數γ[n]的中心每次平移的點數，MATLAB默認的分段重疊的點數為窗函數長度點數的一半；

Nfft為計算離散傅里葉變換的點數，512點；

Fs為采樣頻率，50HZ；

步驟e中，頻譜圖中顏色的深度反應信號在對應時間和頻率處的能量大小，顏色越深表明信號在該頻率處的能量越大。