[發明專利]一種泵站系統減振措施及布置優化分析方法

有效

• 申請號: 201910576420.7
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110377976B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 申愛麗;周建旭;陳譽;李永發;劉躍飛;郭強
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/28;G06F113/14;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種泵站系統減振措施及布置優化分析方法，其特征在于，所述泵站包括依次連接的前池、第一管路、氣墊調壓室、第二管路和水庫，所述第一管路安裝有水泵；其特征在于，步驟包括：

步驟一、從泵站系統布置簡圖中讀取泵站的各項參數，所述參數包括：前池水位高度，水庫水位高度，第一管路長度、第二管路長度，第一管路橫截面積，第二管路橫截面積，氣墊調壓室高度，氣墊調壓室橫截面積，初始穩定工況對應的氣墊調壓室內水位高度；

步驟二、建立泵站系統的動態特性分析模型，表示為：

其中，其中A₁表示第一管路橫截面積，A₂表示第二管路橫截面積，L₁表示第一管路長度，L₂表示第二管路長度，g表示重力加速度；Q₀表示初始穩定工況點對應的流量，q₁與q₃分別表示自由度；k_p1表示第一管路的水頭損失系數，k_p2表示第二管路的水頭損失系數，S_Q表示水泵揚程一流量關系曲線在點Q₀處的局部斜率；K_G表示氣墊調壓室內氣體運動方程系數，Z₃₀表示初始穩定工況對應的氣墊調壓室內水位高度；A_S表示氣墊式調壓室面積，單位是m²；

步驟三、建立氣墊式調壓室阻抗的數學模型，得到包含相關影響參數的阻抗表達式：

其中，|Z₀|為阻抗模值，C₀為氣罐的流容，ω為特征頻率，A₀、l₀、V₀、P₀和n分別為氣墊式調壓室的面積、氣體高度、氣體體積、氣體絕對壓力水頭和氣體多方指數；

步驟四、調節步驟三所述相關影響參數，直到阻抗模值最小。

2.如權利要求1所述一種泵站系統減振措施及布置優化分析方法，其特征在于，步驟二所述建立泵站系統的動態特性分析模型的具體步驟包括：

步驟2.1、氣墊調壓室各節點處的流量滿足平衡方程：Q₁＝Q₂+Q₃，其中，Q₁表示第一管路的流量，單位是m³/s；Q₂表示第二管路的流量，單位m³/s；Q₃表示進入氣墊調壓室的流量，單位m³/s；

各管路初始工況下的流量滿足Q₁₀＝Q₂₀＝Q₀；Q₃₀＝0；其中，Q₁₀表示初始工況下第一管路的流量，單位m³/s，Q₂₀表示初始工況下第二管路的流量，單位m³/s，Q₃₀表示初始工況下進入調壓室的流量，單位m³/s；

步驟2.2、根據氣體的熱力學方程，得到氣墊調壓室內氣體瞬時壓力與氣墊調壓室各參數之間的關系：

式中，P_G表示調壓室內氣體瞬時壓力，單位是Pa；P₀表示氣墊式調壓室內氣體的初始絕對壓力，單位是Pa；V₀表示氣墊式調壓室內氣體的初始體積，單位是m³；L₃表示氣墊調壓室的高度，單位是m；Z₃表示調壓室內水位高度，單位是m；n表示氣體多方指數，為已知量，在等溫和絕熱的情況下，n分別等于1和1.4；P_a表示大氣壓力，單位是Pa；

步驟2.3、將水泵揚程-流量關系曲線在穩定工況點附近線性化，得到穩定工況點附近水泵揚程與流量之間的關系：

式中：H(Q_i)表示水泵在流量為Q_i處對應的揚程，其中Q₀為初始穩定工況點對應的流量，Q₁為水泵流量-揚程曲線上點(Q₀，H(Q₀))附近對應的流量，

步驟2.4、將調壓室內氣體的瞬時壓力在穩定工況點附近線性化，得到氣墊調壓室內氣體的瞬時壓力與調壓室水位變化的關系：

其中，ρ表示水的密度，g表示重力加速度；Z₃₀表示初始穩定工況對應的氣墊調壓室內水位高度；為氣墊調壓室內水位的無量綱化參數；

步驟2.5、根據能量守恒關系和泵站系統的水流動力方程，得到流量與上下游水位及水泵揚程之間的關系：

式中，Z₁表示前池水位，單位是m；Z₂表示水庫水位，單位是m；Z₃表示氣墊式調壓室水位，單位是m；k_pi表示管道i的水頭損失系數，其中k_p1表示第一管道的水頭損失系數，k_p2表示第二管道的水頭損失系數，k_p3表示氣墊調壓室的水頭損失系數；

步驟2.6、將步驟2.1，步驟2.2，步驟2.3，步驟2.4中建立的關系，代入步驟2.5所述泵站系統的水流動力方程并進行線性化，建立泵站系統的動態特性分析模型，整理得具有兩個自由度的線性耦合振動系統：