论文总字数：33097字

摘 要

当今火电厂日益提高的机组参数与容量，使得经济效益大幅提升的同时，也对电厂的配套管网设备提出了更加严格的要求。以循环冷却水系统为例，冷却水的额定流量大幅提高，而系统管网的布置安排也越来越复杂。此时，如何确保冷却水系统的安全性与可靠性，尤其是如何防范冷却水系统中的水锤危害成为了工程中关注的焦点。

水击，亦称水锤，指的是流体在非稳定状态下的流动过程，在该过程中，流体中各点处的运动要素既和空间位置有关，又同时间相关。

本文以华润南京热电厂600MW机组循环冷却水系统为例进行停泵水击数值模拟，通过在AFT Impulse 5.0^TM水锤模拟工具上建立该冷却水系统仿真模型；处理主要边界条件；分析冷却水系统事故停泵水力过渡过程中出现的水击现象；并且对快、慢两阶段蝶阀关闭过程策略进行了数值分析，得到了保证泵站管路系统事故停泵工况下安全性的两阶段关阀策略。

最后，总结了本课题研究中存在的一些问题，展望了未来进一步研究冷却水系统停泵水击的大致方向。

关键词：火电厂，冷却水系统，特征线法，水力过渡过程，水锤

Abstract

With the progress of technology, the capacity and parameters of the thermal power plant have been greatly improved, and the economy of the unit has been greatly improved. For example, the pressure parameters have reached the supercritical, and the corresponding circulating cooling water system is also more complex, which makes the reliability of the system particularly important. The problem of water hammer and its protection has been given close attention in engineering.

Water hammer, also known as water hammer, or fluid transient process, is an unsteady flow of fluid.All sports elements of the space points in the liquid movement (velocity, acceleration, dynamic water pressure, shear stress and density, etc.) not only change with the position of space, but also change with time. Nowadays, various water hammer phenomena in pumping station piping systems are commonly referred to as "hydraulic transient process of pumping station piping system"at home and abroad.

This paper takes the circulating cooling water system of Huarun Nanjing thermal power plant as an example to deal with the boundary conditions. The simulation model of the cooling water system is set up on the AFT Impulse 5.0^TM water hammer simulation tool. The water hammer phenomenon occurred during the hydraulic transition of the cooling water system is analyzed, and the strategy of the fast and slow two stage butterfly valve closing process is also discussed. Numerical analysis is carried out to get the two stage valve closing strategy to ensure the safety of pumping station pipeline system under the condition of stopping pump.

Finally, some problems in the research are summarized, and the future direction of the water hammer in cooling water system is prospected.

KEY WORDS:Thermal Power Plant,Circulating Cooling-water System,MOC Method,Fluid Transients,Water Hammer

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 本文研究的背景和意义 1

1.2 水力过渡过程研究历史概况与现状 1

1.3 水力过渡过程问题的计算方法 3

1.4 本文的主要内容 3

1.4.1 数学建模 3

1.4.2 电厂冷却水停泵水击研究 3

1.4.3 停泵水击有关参数的分析以及关阀策略优化 3

第二章 电厂循环水系统停泵水击理论 5

2.1 水击基本原理 5

2.1.1 刚性水击理论 5

2.1.2 弹性水击理论 7

2.2 水击基本微分方程式 9

2.3 特征线法（MOC法） 10

2.3.1 特征线微分方程 10

2.3.2 特征方程的有限差分形式 11

2.3.3 有限差分方程式的简化 11

2.3.4 时间步长的选取 13

2.4 AFT Impulse软件简介 13

第三章 华润南京热电厂停泵水击分析 15

3.1 华润南京热电厂冷却水系统的基本资料 15

3.1.1 华润南京热电厂冷却水系统布置情况 15

3.1.2 华润南京热电厂环境水文资料 17

3.1.3 循环水泵相关参数 17

3.1.4 凝汽器参数 18

3.1.5 虹吸井参数 18

3.2 主要边界条件处理 18

3.2.1 泵房前池 18

3.2.2 圆管水头损失 19

3.2.3 事故停泵工况下循泵的边界条件 20

3.2.4 凝汽器处理方法 23

3.2.5 虹吸井边界条件处理 24

3.3 单泵事故停泵工况下水力过渡过程模拟分析 24

第四章 两阶段关闭蝶阀策略的数值分析 28

4.1 水柱分离与压力脉动 28

4.2 快、慢两阶段关阀原理 28

4.3 快、慢两阶段关阀角度和关阀时间的策略分析 30

4.4 小结 36

第五章 结论与展望 37

5.1 结论 37

5.2 展望 37

致谢 38

参考文献 39

附录 40

绪论

本文研究的背景和意义

当有压管道中的流体在某些原因作用下，流动速度突然大幅改变，由于流体存在质量惯性与一定的可压缩性，流体的动量也会发生剧烈的变化，这时，管路中的水压不可避免地起伏波动甚至迅猛的升高降低，造成水击现象^[1]，如果在这个流体（水力）暂态（过渡）过程中，管流的连续性被切断，管路出现大空腔，那么当水柱回落，空腔再次被充满时，水击的破坏力将十分惊人。

火电厂冷却水系统作为火电厂极为重要的有压管网系统，持续地为凝汽器提供着冷却水^[2][3]。为了确保冷却水量充足，火电厂冷却水系统通常采用大流量低扬程的循环水泵。大型火电厂的冷却水系统容量大，管道长，管网结构复杂，并包含有功能不同的阀门。与管道相连的循环水泵突然启停或管道中的阀门过快动作时，泵站管路系统中将出现急骤的流量变化，引发复杂的水力暂态过程以及瞬间升高或降低的水击压力，极端状态下会有断流空腔再弥合水锤现象的出现，严重威胁生产安全^[4]。在电厂泵站，当某外部或内部因素造成水泵机组的跳闸断电，出现事故停泵工况时，水泵阀门处的管路压力骤降，由于水泵不再提供足够的能头，正向流量急剧减少至零，然后又因凝汽器水位标高在泵阀之上，管中流体受到重力作用影响，开始倒流，导致水泵与阀门后的压力显著上升，这种水击升压极易引发巨大的危害，轻则机组停机，重则管道破裂，管流泄露，危害到运行人员与设备的安全。

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