本文關鍵詞：長距離管道輸水系統(tǒng)水力過渡過程計算及應用

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【摘要】：由于城市無序發(fā)展擴張,建設生產(chǎn)生活需水量持續(xù)增加,且我國水資源分布極不均勻,北方地區(qū)地下水嚴重超采,部分北方城市本地水源已不能滿足城市持續(xù)發(fā)展需求,并造成嚴重的環(huán)境安全隱患。因此,近幾年出現(xiàn)大量跨越數(shù)十公里的跨區(qū)調(diào)水取水工程。此類長距離輸水工程多采用管涵加壓輸水,管道隨地勢高低起伏,穿越河流、道路等上下起伏,而輸水泵站揚程高流量大。在發(fā)生事故停泵、閥門快速關閉等突發(fā)快速斷流情況下,因水流慣性和可壓縮性,將在管道內(nèi)產(chǎn)生更劇烈的壓力急劇波動并沿管道快速傳播的瞬變現(xiàn)象;在管道局部高點拉空出現(xiàn)負壓、空氣閥吸氣、水汽化和溶解氣體釋放,空泡會逐步增大發(fā)展成氣團、氣穴,甚至隔斷管道兩端水流,產(chǎn)生水柱分離現(xiàn)象;當水流回流時,空泡兩端分離水柱猛烈碰撞彌合,水汽(氣)液化或溶解,造成升壓更高、危害更大的水柱分離與斷流彌合水錘,可能導致管道爆裂或凹癟破壞,將嚴重影響輸水管道的正常安全運行。為此需對此類工程進行全面且深入的水力過渡過程分析和仿真計算,通過模擬水錘過程,分析壓力變化過程及分布,從而尋求消弱過渡過程、避免水錘危害的方法,為工程安全且符合設計要求運行調(diào)度等提供科學依據(jù)。本文介紹了泵站管道輸水系統(tǒng)水力過渡過程建模,水泵、閥門、空氣閥等常用關鍵邊界條件的建立及特征線算法;本文結合東水西調(diào)改造工程,選取玉泉山泵站輸水管線建模,介紹了水泵、閥門、空氣閥等基礎數(shù)據(jù)處理方法,并進行事故停泵仿真計算;根據(jù)過渡過程水頭、流量變化曲線,對空氣閥布置和泵后緩閉閥開關流程進行試算優(yōu)化,得出適合本工程的空氣閥最優(yōu)布置和開關閥流程。根據(jù)工程仿真計算,得到以下主要結論:(1)合理布置空氣閥可有效減小管道內(nèi)負壓;(2)泵后閥門兩段式關閉方式可以有效改善水泵的倒流量,減小管道內(nèi)負壓;(3)限制水錘壓力不論是從效能還是可靠性角度,都需采取多種措施聯(lián)合處理;(4)水錘壓力特大,防護較困難的泵站,建議從水錘防護角度對水泵采用變頻器驅(qū)動,電源正常時逐步降頻關泵,消弱水錘壓力。
【關鍵詞】：長距離輸水 水力過渡過程 水錘 空氣閥
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV134
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第一章 緒論8-11
• 1.1 研究目的及意義8
• 1.2 研究歷史和現(xiàn)狀8-9
• 1.3 計算方法的發(fā)展9-10
• 1.4 本文研究內(nèi)容10-11
• 1.4.1 研究目標10
• 1.4.2 研究內(nèi)容10-11
• 第二章 基本理論及計算方法11-16
• 2.1 水錘波速11-12
• 2.2 水錘基本微分方程12-13
• 2.3 特征線法的基本原理13-15
• 2.4 管系分段與波速調(diào)整15-16
• 第三章 邊界條件及初值計算16-31
• 3.1 水泵邊界16-23
• 3.1.1 水泵數(shù)學模型16-21
• 3.1.2 水泵事故斷電21-22
• 3.1.3 并聯(lián)水泵事故斷電22-23
• 3.1.4 水泵啟動23
• 3.2 水庫邊界23-24
• 3.3 閥門邊界24-25
• 3.4 空氣閥邊界25-27
• 3.5 初值計算27-31
• 3.5.1 虛擬阻抗法27
• 3.5.2 管道單元方程27-28
• 3.5.3 總體方程組28-31
• 第四章 水錘計算分析31-61
• 4.1 工程背景31-33
• 4.1.1 東水西調(diào)工程現(xiàn)狀31
• 4.1.2 本次工程改造內(nèi)容31-32
• 4.1.3 運行方案32-33
• 4.2 計算參數(shù)33-40
• 4.2.1 節(jié)點參數(shù)33-37
• 4.2.2 管道參數(shù)37
• 4.2.3 水泵參數(shù)37-39
• 4.2.4 閥門參數(shù)39
• 4.2.5 空氣閥門參數(shù)39-40
• 4.3 水錘計算分析40-61
• 4.3.1 水泵事故斷電40-43
• 4.3.2 空氣閥布置優(yōu)化43-49
• 4.3.3 閥門關閉規(guī)律49-56
• 4.3.4 閥門開啟規(guī)律56-61
• 第五章 結論與展望61-62
• 5.1 結論61
• 5.2 問題與展望61-62
• 參考文獻62-63
• 致謝63-65
• 個人簡歷65

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本文編號：1064745