[发明专利]一种计算供水系统首相飞逸水锤压力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算供水系统首相飞逸水锤压力的方法，属于水利水电工程领域。

背景技术

由于我国水资源分布不均衡、地区生产和经济发展不均衡、水污染等原因造成部分地区水供应紧张。我国因此建设了许多供水工程以缓解地区用水紧张的局面。除在少数地形条件下适用重力流供水，大部分供水工程需采用加压方式供水。在供水系统无水锤防护措施保护的情况下，一旦出现水泵掉电事故，将造成水泵后的管道内压力下降过大。如果管道内压力降低到水的汽化压力，将产生空穴，出现液柱分离。随着管道内压力的波动，当该处压力升高时，将发生液柱弥合，产生数倍于静水压力的弥合水锤压力，会对管道和水泵造成严重的破坏。故，对无水锤防护情况下的停泵水锤压力进行求解，是水锤防护方案设计前的必要步骤。

特征线法是目前求解工程停泵水锤的实用方法，其优点为仿真精度高、可模拟复杂系统，且物理概念清晰。但是计算量大，需要计算机的辅助。对于简单的加压供水系统，上世纪七十年代提出了帕马金(J.Parmakian)图解法以及富泽清始图解法。帕马金图解法没有考虑水泵全特性和管道摩阻的影响，同时该方法仅限定于求解比转速为130的离心泵，只适用于管道较短、摩阻可忽略、且机组的转动惯量较大的系统。富泽清始图解法没有对水泵比转速的限定，同时它考虑了管道摩阻，并且可求出管道在事故停泵过程中的最小压力，同帕马金图解法比相对较优。但是这两个方法均为经验方法，不具备充分的理论依据，且对于长距离供水工程的误差较大。随着近半个世纪的发展，水泵机组转动惯量GD²大幅下降，供水管道长度L大幅增加，水泵效率进一步提高，水泵全特性对水锤的影响越来越显著，事故停泵水锤对供水系统的危害性更大，帕马金图解法以及富泽清始图解法已不适用。同时，正由于水泵机组转动惯量GD²随着技术的发展变得越来越小，对于目前大多数的长距离供水工程，当发生水泵掉电事故时，通常水锤波还未反射回泵后，水泵已经快速完成压力下降，并稳定在飞逸状态。此时发生的停泵水锤称为首相飞逸水锤。首相飞逸水锤是目前长距离供水工程中最常见的停泵水锤。为了能够简单快速求解到具有较高精度的首相飞逸水锤压力，本发明提供了一种计算供水系统首相飞逸水锤压力的方法。

发明内容

针对当前存在：特征线法的精度高但是计算量大，而帕马金图解法以及富泽清始图解法求解简单但是精度低的问题。本发明旨在对首相飞逸水锤的特点和性质进行研究，进而给出首相飞逸水锤的泵后最大压降值的计算方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

1.假定发生首相飞逸水锤。由首相飞逸水锤的特性：首相水泵能够飞逸，飞逸时刻的泵后压力接近最小值；水泵从飞逸时刻点到首相末一直近似处于飞逸状态，各参数几乎保持不变；泵后压力在首相末时刻达到最小值。可将计算模型简化为：水泵自飞逸时刻点到首相末一直严格处于飞逸状态，各参数严格保持不变，水泵首相末时刻飞逸，首相末时刻的水泵各参数等于飞逸时刻的值。进而由管道水锤传播的特征方程及水泵的基本方程可得首相末时刻水泵处于飞逸状态下的单泵流量Q_P和泵后压降值DH_P计算公式：

DH_P＝iC₁Q_P-C₁Q₀

其中，Q_P为首相末水泵飞逸下的单泵流量；Q₀为管道初始状态下的总流量；DH_P为首相末水泵飞逸下的泵后压降值；H₀为水泵初始扬程；i为相同型号的并联泵数量；f为Darcy-Weisibach系数，L为管道长度，g为重力加速度，D为管道直径，A为管道面积，a为管道水锤波速；WH(x)为Suter变换后的水泵全特性曲线上对应于飞逸点的横坐标X的扬程纵坐标，H_B为出水池水位，H_U为进水池水位，H_r为水泵额定扬程，Q_Pr为水泵额定流量。

2.对Q_P解的情况进行判定：当时，首相末水泵处于X的第一象限内的飞逸点，计算中取第一象限内的飞逸点的横坐标X，此时Q_P为负；当时，首相末水泵处于X的第三象限内的飞逸点，计算中取第三象限内的飞逸点的横坐标X，此时Q_P为正。

3.首相飞逸水锤的判定条件为首相水泵能够飞逸，故校核Q_P应满足：