離心泵裝置啟動(dòng)過(guò)程涉及泵和控制閥的協(xié)聯(lián)動(dòng)作,對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性具有重要影響。本文以大型泵站中常用的雙吸離心泵、蝶閥和自適應(yīng)水力控制閥為研究對(duì)象,對(duì)離心泵裝置啟動(dòng)過(guò)程涉及的瞬態(tài)流動(dòng)問(wèn)題,特別是水泵徑向力變化、控制閥轉(zhuǎn)動(dòng)力矩變化及自適應(yīng)水力控制閥流場(chǎng)演變規(guī)律進(jìn)行了研究。針對(duì)雙吸離心泵啟動(dòng)過(guò)程,建立了雙吸離心泵變速滑移網(wǎng)格瞬態(tài)旋轉(zhuǎn)計(jì)算模型,分析了雙吸離心泵啟動(dòng)過(guò)程中徑向力演變過(guò)程,建立了徑向力變化與葉道內(nèi)軸向漩渦發(fā)展的關(guān)系,給出了徑向力瞬態(tài)演變計(jì)算公式。研究發(fā)現(xiàn),雙吸離心泵徑向力的增長(zhǎng)滯后于葉輪轉(zhuǎn)速的變化,徑向力方向總體上處于從隔舌起沿著葉輪旋轉(zhuǎn)方向后推25度的徑向線附近。葉道內(nèi)呈現(xiàn)的軸向漩渦形態(tài)與徑向力有密切關(guān)系。在軸向漩渦伸長(zhǎng)、形態(tài)發(fā)生改變并最終發(fā)展為螺旋式漩渦的過(guò)程中,葉輪出口壓力迅速增長(zhǎng)至趨于穩(wěn)定,但其分布的非軸對(duì)稱性逐漸顯著,徑向力增長(zhǎng)并最終趨于穩(wěn)定,但徑向力的脈動(dòng)不斷增大。結(jié)合大型泵站調(diào)速運(yùn)行的需求,明確了不同穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)過(guò)程中徑向力的演變規(guī)律。結(jié)合實(shí)際工程,量化了葉輪交錯(cuò)型式、蝸殼型式對(duì)雙吸離心泵徑向力演變的影響。該成果為離心泵啟動(dòng)控制提供了科學(xué)依據(jù)。針對(duì)離心泵站輸水系統(tǒng)中蝶閥開(kāi)啟過(guò)程,建立了基于伯努利方程、上下游水位、水泵流量揚(yáng)程曲線及動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的蝶閥開(kāi)啟過(guò)程三維計(jì)算模型。該模型引入了一維與三維耦合分析思想及動(dòng)邊界條件,考慮了輸水系統(tǒng)中蝶閥兩側(cè)壓力及流速隨開(kāi)度變化的情況。利用此模型分析了中線閥板、偏心閥板和帶筋閥板等三種典型閥板結(jié)構(gòu)的蝶閥在開(kāi)啟過(guò)程中的瞬態(tài)水力特性,得到了閥板正背面壓力、閥腔分離渦及閥板水力轉(zhuǎn)矩演化規(guī)律。在閥板水力轉(zhuǎn)矩方面,中線蝶閥呈先快增、后慢減的變化趨勢(shì),在閥板轉(zhuǎn)角20°時(shí)出現(xiàn)最大值;偏心蝶閥和帶筋蝶閥呈“U”型變化特征,前期波動(dòng)較大,后期較平緩。在壓力脈動(dòng)方面,帶筋蝶閥具有較低的壓力脈動(dòng)。該成果為蝶閥啟閉瞬態(tài)分析及蝶閥設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。針對(duì)裝有大口徑自適應(yīng)水力控制閥的離心泵站輸水系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程,提出了自適應(yīng)水力控制閥動(dòng)力平衡關(guān)系及瞬態(tài)力的計(jì)算模型,通過(guò)流場(chǎng)計(jì)算與剛體運(yùn)動(dòng)計(jì)算的耦合迭代求解,借助動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)閥板位置的更新,建立了具有初始條件確定、閥板運(yùn)動(dòng)隱式求解、邊界條件動(dòng)態(tài)更新特點(diǎn)的自適應(yīng)水力控制閥開(kāi)啟過(guò)程計(jì)算方法。分析了膜片室內(nèi)徑及微型閥組流阻系數(shù)對(duì)閥板運(yùn)動(dòng)的影響。研究了不同水位下啟動(dòng)的自適應(yīng)控制閥匹配特性。建立了啟動(dòng)揚(yáng)程改變與控制閥臨界開(kāi)啟時(shí)間、開(kāi)啟歷時(shí)的關(guān)系。為進(jìn)一步改進(jìn)自適應(yīng)水力控制閥及加強(qiáng)其水錘防護(hù)效果奠定了基礎(chǔ)。本文研究成果對(duì)大型泵站啟動(dòng)控制,特別是啟動(dòng)過(guò)程中泵和控制閥的協(xié)聯(lián)動(dòng)作及系統(tǒng)安全運(yùn)行,具有重要理論意義和工程指導(dǎo)作用。
【學(xué)位單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TV675
【部分圖文】：

隨著工程規(guī)模和系統(tǒng)復(fù)雜程度不斷提高，離心泵裝置在啟動(dòng)過(guò)程中的瞬態(tài)特性受到關(guān)??注關(guān)。??離心泵裝置由離心泵、控制閥及輸水管道等構(gòu)成。離心泵站輸水系統(tǒng)示意圖如圖１－１所示。??控制閥安裝在離心泵后，其核心作用是在啟停機(jī)過(guò)程中與水泵協(xié)聯(lián)動(dòng)作，以保證系統(tǒng)不產(chǎn)生有害??水錘，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的水力瞬變。對(duì)大型泵站而言，為保證效率，正常運(yùn)行時(shí)控制閥需保持全開(kāi)。大??型泵站采用的控制閥主要包括蝶閥和自適應(yīng)水力控制閥［１Ｑ］兩大類(lèi)。蝶閥由外部油壓系統(tǒng)或電力??系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)閥板轉(zhuǎn)動(dòng)，可人為控制閥板位置、預(yù)設(shè)閥板運(yùn)動(dòng)規(guī)律；自適應(yīng)水力控制閥由前后壓差控??制啟閉［１１］，無(wú)需外部能源，其閥板位置由流場(chǎng)演變決定，閥板運(yùn)動(dòng)規(guī)律不如蝶閥明確。??／／］出水池??管道??￣＾?［泵?控制閥??—＠３＞ｋｉ????進(jìn)水池?＇?ｌ＼＼ＡＪ??圖１－１離心泵站輸水系統(tǒng)示意圖??離心栗裝置啟動(dòng)過(guò)程是輸水系統(tǒng)正常運(yùn)行的必經(jīng)階段，它主要是指系統(tǒng)的流量從零逐漸增加??至額定流量的過(guò)程。該過(guò)程通常包括離心泵關(guān)閥啟動(dòng)及控制閥開(kāi)啟兩個(gè)階段。離心栗在額定轉(zhuǎn)速??下，零流量時(shí)水泵具有最大揚(yáng)程和最小軸功率。隨著流量的增大，泵的軸功率逐漸增加。若水泵??出口設(shè)置的是蝶閥，則在水泵轉(zhuǎn)速由零加速至額定轉(zhuǎn)速之前，蝶閥一般是關(guān)閉的，這一過(guò)程也常??稱為關(guān)閥造壓過(guò)程［１２］。在水泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后

隨著工程規(guī)模和系統(tǒng)復(fù)雜程度不斷提高，離心泵裝置在啟動(dòng)過(guò)程中的瞬態(tài)特性受到關(guān)??注關(guān)。??離心泵裝置由離心泵、控制閥及輸水管道等構(gòu)成。離心泵站輸水系統(tǒng)示意圖如圖１－１所示。??控制閥安裝在離心泵后，其核心作用是在啟停機(jī)過(guò)程中與水泵協(xié)聯(lián)動(dòng)作，以保證系統(tǒng)不產(chǎn)生有害??水錘，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的水力瞬變。對(duì)大型泵站而言，為保證效率，正常運(yùn)行時(shí)控制閥需保持全開(kāi)。大??型泵站采用的控制閥主要包括蝶閥和自適應(yīng)水力控制閥［１Ｑ］兩大類(lèi)。蝶閥由外部油壓系統(tǒng)或電力??系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)閥板轉(zhuǎn)動(dòng)，可人為控制閥板位置、預(yù)設(shè)閥板運(yùn)動(dòng)規(guī)律；自適應(yīng)水力控制閥由前后壓差控??制啟閉［１１］，無(wú)需外部能源，其閥板位置由流場(chǎng)演變決定，閥板運(yùn)動(dòng)規(guī)律不如蝶閥明確。??／／］出水池??管道??￣＾?［泵?控制閥??—＠３＞ｋｉ????進(jìn)水池?＇?ｌ＼＼ＡＪ??圖１－１離心泵站輸水系統(tǒng)示意圖??離心栗裝置啟動(dòng)過(guò)程是輸水系統(tǒng)正常運(yùn)行的必經(jīng)階段，它主要是指系統(tǒng)的流量從零逐漸增加??至額定流量的過(guò)程。該過(guò)程通常包括離心泵關(guān)閥啟動(dòng)及控制閥開(kāi)啟兩個(gè)階段。離心栗在額定轉(zhuǎn)速??下，零流量時(shí)水泵具有最大揚(yáng)程和最小軸功率。隨著流量的增大，泵的軸功率逐漸增加。若水泵??出口設(shè)置的是蝶閥，則在水泵轉(zhuǎn)速由零加速至額定轉(zhuǎn)速之前，蝶閥一般是關(guān)閉的，這一過(guò)程也常??稱為關(guān)閥造壓過(guò)程［１２］。在水泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后

２、閥板水力轉(zhuǎn)矩特性的研究進(jìn)展??對(duì)于蝶閥而言，衡量其外特性的參數(shù)主要有流量系數(shù)、損失系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)等。大型離心泵??站系統(tǒng)的水泵出口蝶閥常選用重錘式自動(dòng)保壓液控蝶閥Ｗ，該形式蝶閥的結(jié)構(gòu)如圖１－３所示，具??有一套造價(jià)昂貴的外執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)操控閥板的運(yùn)動(dòng)，以保障栗站系統(tǒng)在啟停等過(guò)渡過(guò)程中的安全。??水力轉(zhuǎn)矩作為蝶閥操作力矩的主要組成部分，是蝶閥設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，也是選擇外部執(zhí)行機(jī)??構(gòu)的依據(jù)而轉(zhuǎn)矩系數(shù)則是對(duì)水力轉(zhuǎn)矩進(jìn)行的一種無(wú)量綱轉(zhuǎn)換，它主要取決于閥板結(jié)構(gòu)形狀和??所處的角度。通過(guò)與上下游靜壓差的乘積，可近似獲得該工況下的水力轉(zhuǎn)矩。??＇ｆ：、??圖１－３液控蝶閥??在理論分析方面，Ｏｇａｗａ等基于自由流線理論，對(duì)中線蝶閥的二維模型建立了預(yù)測(cè)閥板水??力轉(zhuǎn)矩的公式，與試驗(yàn)吻合良好。其轉(zhuǎn)矩系數(shù)與閥板轉(zhuǎn)角位置的關(guān)系為：閥板轉(zhuǎn)角從０？９０°變化??過(guò)程中，轉(zhuǎn)矩系數(shù)緩慢增大，約在７０？８０°位置出現(xiàn)峰值，之后快速降低，至９０°時(shí)約為零??管壁受閥板攻角改變及來(lái)流速度的影響
【參考文獻(xiàn)】

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10 ;株洲南方閥門(mén)股份有限公司兩種新產(chǎn)品通過(guò)鑒定[J];給水排水動(dòng)態(tài);2013年05期

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本文編號(hào)：2857235