第21卷第4期計算機(jī)仿真2004年4月文章編號:1006 - 938<200)04 -0129-03火電廠循環(huán)水系統(tǒng)事故停泵過渡過程的仿真研究蔣勁,趙紅芳,張成波,董盛文(武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院,300)摘要:針對火電廠循環(huán)水供水系統(tǒng)的特點(diǎn),應(yīng)用水錘基本理論和特征線方法對系統(tǒng)事故停泵水力過液過程進(jìn)行了計算機(jī)仿真,對泵出口閥不同關(guān)閥規(guī)律對應(yīng)的過渡過程進(jìn)行了比較分析,得出了較理想的關(guān)閥規(guī)律。從仿真結(jié)果看,最大水錘升壓發(fā)生在兩泵并聯(lián)同時事故停泵,且聯(lián)閥規(guī)律選擇不當(dāng)時對應(yīng)的工況,所得出的結(jié)論對提高火電廠循環(huán)水系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要的實(shí)踐意義。關(guān)鍵詞:循環(huán)水系統(tǒng);事故停泵;仿真中團(tuán)分類號:TK730.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B1引言故停泵的臺數(shù)就確定了未知量的個數(shù),同時也確定了邊界條某電廠循環(huán)水系統(tǒng)1號、2號機(jī)組采用單元制直流循環(huán)件方程的個數(shù),分別對每臺泵建立水頭平衡方程如下:冷卻供水系統(tǒng),每臺機(jī)配兩臺立式循環(huán)水泵,因凝汽器部位F= (Es- Cm)- B(v1Qkt+ nrQx)+ Ha(a{+好)x較高,壓力水管較長，且管道還有分叉,因此在各種水力瞬態(tài)過程中可能發(fā)生水錘現(xiàn)象及系統(tǒng)供水中斷等事故。為確保[Am + A(π+arteg)]-Houy! 1=0系統(tǒng)的安全運(yùn)行,對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的過渡過程分析,并選擇Fr= (Es- Cm)- B(u1Qx+ vrQm) + Hp2(吃+ 吃)x合適的防護(hù)措施是十分必要的。泵系統(tǒng)詳細(xì)資料如下:水泵選用立式斜流泵,額定流量11 m2/s,額定揚(yáng)程17.8m,額定轉(zhuǎn)速329pm,額定效率88% ,機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量664kg. m? ,泵出口閥選用可控液控蝶閥。針對該系統(tǒng)復(fù)雜的邊界條件,對兩泵并兩臺水泵各自的慣性方程如下:聯(lián)各種工況下事故停機(jī)的過渡過程進(jìn)行了計算機(jī)仿真,得出F= (a}+以)[Bo + Bm(π + arctgo/a1)]+了過渡過程中的泵組最不利參數(shù)。CDPu- D，OL.壓(an-a1)=02管道水力過渡過程分析的數(shù) 學(xué)模型及計算方法F4= (a+ )[Ba+ Br(π + arctgu2/a)] +2.1水力過渡過程計算的特 征線法描述管道瞬變流的基本方程為運(yùn)動方程和連續(xù)方程組Pa- .照.0(a-a2)=0成的非線性偏微分方程,在特征條件dx/dt = V士a的約束式中, E,為上游水位; Qm, Hm, T見，n呢分別為第號泵的額定下,偏微分方程可轉(zhuǎn)化為常微分方程,通過-階近似的有限流量、額定揚(yáng)程、額定轉(zhuǎn)矩及額定轉(zhuǎn)速;a;,也分別為第i號泵差分,管道瞬變流基本方程可以簡化為如下形式:的無量綱轉(zhuǎn)速和無量綱流量;Hp,為第i號閥門全開時的水[Hp= (Cp+ Cx)/2頭損失;i;為第i號閥門的無量綱開度系數(shù);aoi,Po;分別為前l(fā)Qg= (Cp- Hy)/B= (Hp- Cm)/B一時段第i號泵的無量綱轉(zhuǎn)速和無量綱轉(zhuǎn)矩; GD2為機(jī)組的式中,Cp= H1+ B0Q.-1- RQ-.1Q-1;Cu= H,1- BQ,1轉(zhuǎn)動慣量;Ao,Ai;, Bo;, Bi;為第i號泵全特性曲線的插值系+ RQ,+II 0.+1 |;管道的特征常數(shù)B = a/(gA);管道的摩阻數(shù);其中i= 1,2。特性常數(shù)R = fx/(2gDA2);V.H 和Q分別表示管道的瞬態(tài)上述4個方程組成了兩臺泵并聯(lián)運(yùn)行的水泵端邊界條件流速、瞬態(tài)壓力水頭和瞬態(tài)流量;D為管道直徑;A為管道斷方程,4個方程包含4個未知量a,az,們, 02,可用Newton迭代法求解。需要注意的是，慣性方程只對停止運(yùn)行的水泵才有面面積;a為水錘波速。意義,當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行中的泵只有一臺停止運(yùn)行,則只有一個慣2.2兩泵并聯(lián)的邊界條件由于每條并聯(lián)管道有一-個水頭平衡方程, 每臺泵停止運(yùn)性方程,這時變量的數(shù)目和矩陣的階相應(yīng)減少。行后又都有一個慣性方程,因此,并聯(lián)水泵的臺數(shù)和其中事2.3 管道分支與匯流節(jié) 點(diǎn)邊界條件忽略管道節(jié)點(diǎn)處的局部阻力損失,運(yùn)用連續(xù)性方程及相分支邊界條件Hp =收稿日期:2003-03- I4.中國煤化工MHCNMHG129(旨.號+出)川(后+高+部):管道匯流邊界條件6為泵出口閥不關(guān)閉,閥后的水錘壓力變化過程曲線,圖7為泵出口閥快關(guān)5秒75度,慢關(guān)20秒15度時閥后壓力變化曲m=(器+留+影)八(去+高+):出H,后，各線,圖8為泰出口閥快關(guān) 10秒75度，慢關(guān)30秒15度時閥后壓力變化曲線,圖9和10分別為泵出口閥快關(guān)20秒75度，管道節(jié)點(diǎn)處的瞬態(tài)流量即可方便求出。0.1 r.08 t3事故停泵過渡過程計1.算機(jī)仿真。0.040.02 t采用上述數(shù)學(xué)模型及計算名.5方法,結(jié)合該循環(huán)水供水系統(tǒng)-0.020.的實(shí)際情況,分別對兩泵并聯(lián)-0.04-0.1運(yùn)行,其中一臺事故斷電停泵406081002060及兩臺同時事故停泵的過渡過t//s程進(jìn)行了大量的計算機(jī)仿真。團(tuán)1兩臺停一臺 ,泵出口閥不關(guān)閉的團(tuán)2兩臺停一臺 ,泵出口閥后壓力曲線3.1兩泵并聯(lián)運(yùn)行 ,其中一臺過渡過程曲線(泵出口閥不關(guān)閉)事故斷電停泵過渡過程計算機(jī)仿真0.08兩泵并聯(lián)運(yùn)行,其中一臺0.060.0事故斷電停泵,泵出口閥不關(guān)， 0.04wwwwwwwwww.1.04 -wwwwww.0.02時的水力過渡過程如圖1所a。 L示,圖2為泵出口閥不關(guān)閉,閥-0.0后的水錘壓力變化過程曲線,-0.06圖3為泵出口閥快關(guān)10秒7510度,慢關(guān)30秒15度時閥后壓力變化曲線，圖4為泵出口閥圈3兩臺停-臺,泵出口閥后壓力曲線圈4兩臺停- 一臺,泵出口閥后壓力曲線快關(guān)20秒7S度,慢關(guān)40秒15(泵出口閥快關(guān)10秒75度,慢關(guān)30秒15度)(泵出口閥怏關(guān)20秒75度,慢關(guān)40秒15度)度時閥后壓力變化曲線。0.1由圖1可以看出,停泵機(jī)0.8 P組的最大倒泄流量為額定流量。員0.05的77.5% ,最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為額i定轉(zhuǎn)速的86.3%。水泵開始-0.4 t-0.05倒流時間為10.4s,倒轉(zhuǎn)的時間為14.2s。由圖2可以看出,泵/%40 60出口閥后的最大水錘壓力為0.016MPa。圖3和圖4表明失圉5兩泵同時停泵,泵出 口閥不關(guān)閉的團(tuán)6兩臺停一臺,泵出口閥后壓力曲線電泵的關(guān)閥規(guī)律對該工況的最不利參數(shù)值影響不大，主要是.5 r.4 t由于另外一臺泵仍在運(yùn)行,管1.1.3 t線中沒有出現(xiàn)水柱分離，因此器水錘壓力不大,均不超過0.0460.70.2 t,1 tMPa,與圖2比較,可以看出關(guān).3閥導(dǎo)致了水錘壓力的上升。).1 C3.2 兩泵同時事故斷電停泵80過渡過程計算機(jī)仿真兩臺水泵并聯(lián)運(yùn)行,同時圍7兩泵同時事故停菜,泵出口閥后壓力曲線圖8兩泵同時事故停泵,泵出口閥后壓力曲線事故停泵,泵出口閥不關(guān)時的(泵出口閥快關(guān)5秒 75度,慢關(guān)20秒15度)水力過渡過程如圖5所示，圖中國煤化工-130-MYHCNMHG慢關(guān)40秒15度時的水力過.2 r0.15 r渡過程曲線和閥后壓力變化.1 t曲線。0.6|0.05由圖5可以看出,每臺水泵機(jī)組的最大倒泄流量為額E 0.2 L定流量的50.1% ,最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)-0.05速為額定轉(zhuǎn)速的55.8% ,水泵2c80204050開始倒流的時間為28.4s,開t/s始倒轉(zhuǎn)的時間為32.68。圖6表明泵出口閥不關(guān)閉時,閥后圖9兩臺同時事故停泵的水力過渡過程曲線圜10兩泵同時事故停泵,泵出口閥后壓力曲線(泵出口閥怏關(guān)20秒75度,慢關(guān)40秒15度)(泵出口閥快關(guān)20秒75度,慢關(guān)40秒15度)壓力很小,但這會引起倒流量的增加,圖7和圖8表明由于關(guān)閥規(guī)律選擇不當(dāng),導(dǎo)致管線中出現(xiàn)長時間的水柱分離和壓故停泵水力過渡過程的合理控制。力振蕩,彌合后的水錘壓力高達(dá)1.39Mpa,圖8和圖9表明，參考文獻(xiàn):泵出口閥快關(guān)20秒75度,慢關(guān)40秒15度是比較理想的關(guān)[1]劉竹溪,劉光臨. 泵站水錘防護(hù)[M].北京:水利水電出版社，閥規(guī)律,此時閥后水錘壓力不超過0.02.Mpa,且最大倒流量和最大倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速比不關(guān)閥時大大減小，分別為11.6%和11.[2] [美]EB懷利，v L斯特里特,清華大學(xué)流體傳動與控制教研組譯.瞬變流[M].北京:水利電力出版社, 1987.由上面的分析可以看出,兩泵同時事故停泵是最不利的3] 蔣勁,等.小浪底電站技術(shù)供水回水系統(tǒng)水錘防護(hù)研究[].華工況。由于兩泵并聯(lián)運(yùn)行時,管道中流量增大,管中流速相中科技大學(xué)學(xué)報2002,30(4):81~ 83.應(yīng)增加,水流慣性加大,若關(guān)閥規(guī)律選擇不當(dāng),會導(dǎo)致事故停[4]劉光臨,等.萬家寨引黃人晉 工程泵站水力過渡過程計算分析泵后管道中發(fā)生水柱分離,水柱彌合后會產(chǎn)生非常高的彌合研究報告[C].武漢水利電力大學(xué), 1993 - 12.壓力。[作者簡介]3結(jié)語蔣勁(1963-),男(漢族),江西人,教授,主要從水泵出口閥的關(guān)閉特性直接影響到管道系統(tǒng)中的水錘事流體輸送過渡過程及水輪機(jī)故障診斷的研究;壓力,可以通過合理確定水泵出口可控閥的關(guān)閥程序有效的趙紅芳(1978- ),男(漢族),山西人，碩士研究生，主要從事流體輸送過渡過程的研究;控制事故停泵水力過渡過程,避免系統(tǒng)中出現(xiàn)過大或過小的水錘壓力。可控閥最理想的關(guān)閥程序是按曲線規(guī)律關(guān)閉,理張成波(1979- ),男(漢族),安徽人,碩士研究生，論上可由泛函求極值的方法找到此最優(yōu)關(guān)閥曲線,但在實(shí)際盛文(1979- ),男(漢族),湖北人，碩士研究生,主要從事流體輸生產(chǎn)中不容易實(shí)現(xiàn)。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，選用了方便實(shí)現(xiàn)的送過渡過程的研究。兩階段線性關(guān)閥過程,并確定了最優(yōu)關(guān)閥規(guī)律,實(shí)現(xiàn)了對事Simulation on the Transition Process of Accidental Pump - stop ofCircular Water Supply System in Power PlantJIANG Jin, ZHAO Hong - fang, ZHANG Cheng - bo, DONG Sheng - wen(Power & Mechrical Enginering Cllege of Wuhan University，Wuhan Hubei 430072, China )ABSTRACT:In acordance wih the carateristic of crclar water supply sytem in power plan, eplying the besice theories of water hammerand the chanteristic line method, computer simulation is made on the tansitin proces of acidental pump- stopo. The author compares thetransition process creponding to diferent cloing valve rgulations and finds out the peret one. From the simulation results, it can be con-cluded that the maximal water hammer pessure arises from two prellel conection pumps sopping sroulaneously and the unapt cosing valveregulation, and the conclusion has important practice significance to improve reliability and stability of circular water supply system in powerant.KEYWORDS:Circuler water supply syten; Acedental pump - stop;Simulati中國煤化工:YHCNMHG.-131-