电厂管道水锤分析

论文总字数：19441字

摘 要

随着经济和社会的快速发展，研究水锤最近变得更加重要.本文中介绍了水锤的定义，有关于水锤的波动性，水锤的刚性理论，水锤的弹性理论，水锤的边界方程，水锤的共轭方程。以及有关与水锤的许多相关的优秀论文摘要。尤其介绍了水锤的特征线计算方法。其他特定实例中的水锤现象，例如：在太阳能热电厂中，因为泵站的增加和系统输送流体通过大的和长输管道变得更复杂。什么时候该泵是开始或停止操作或由于电源故障，或当开阀门在管道内迅速控制，水力瞬变的突然出现速度变化。随着压力波的传播之间的泵站和分配水库，管道内的压力下降到液体蒸汽压力，在哪一个蒸汽腔形式，最后的列分离发生。水锤，也被称为蒸汽锤是由于在封闭系统中流体的速度发生变化导致封闭系统内压力或者动力变化造成的。以下是由液体速度变化原因来分类的水锤。而水锤的种类包括以下几类：阀门引起的水锤，空洞引起的水锤，闪光引发的水锤，蒸汽推动的水锤，凝析油引起的水锤。对于太阳能热电厂主要是凝结水引起的水锤。凝结水引起的水锤是由于过冷水快速冷凝蒸汽造成的。这种现象会以几种不同的方式发生。最常见的凝结水水锤是因为蒸汽流过过冷的水。蒸汽流量会造成水面上的涟漪。如果这些涟漪中的某一个触碰到了管子的顶部，它可以暂时关闭一个凝结和崩溃的蒸汽袋然后造成压力波。在实际案例中，若不进行水锤分析，则会造成重大得经济损失，大大降低管道运行的稳定性与可靠性。以上即是本文的中文摘要。

关键词：水锤现象 电厂管道 水锤危害 水锤分类

ANALYSIS OF WATER HAMMER IN POWER PLANT

03012118 ChaoYu Gong

Supervised by Ping Tan

Abstract：With the rapid development of economy and society, the research on water hammer has recently become more and more important. This paper introduced the definition of water hammer, there is fluctuation of water hammer, the rigid theory of water hammer, water hammer theory of elasticity, the boundary equations of water hammer, water hammer of the adjoint equation. Well related to water hammer and many of the outstanding paper abstracts. In particular, the calculation method of the characteristic line of water hammer is introduced. Other specific instances of the water hammer phenomenon, for example: in the solar thermal power plant, because of the increase in pumping station and system delivery fluid through a large and long transmission pipeline becomes more complex. When the pump is to start or stop operation or as a result of power failure, or when the valve in the pipeline to quickly control, sudden changes in the speed of hydraulic transients. With the pressure wave propagation between the pump station and the distribution reservoir, the pressure inside the pipe falls into the liquid vapor pressure, in which the steam chamber forms, and finally the column separation takes place. Water hammer, also known as the steam hammer is due to a change in the velocity of the fluid in the closed system, resulting in pressure or dynamic changes in the closed system. The following is the cause of the liquid velocity changes to the classification of water hammer. The types of water hammer include the following categories: the valve caused by water hammer, hole caused by water hammer, flash caused by water hammer, steam driven water plug, condensate caused by water hammer. For solar thermal power plant is mainly caused by condensation of water hammer. The water hammer caused by condensation water is caused by the rapid condensation of cold water. This phenomenon can occur in several different ways. The most common condensate water hammer is because the steam flows through the cold water. Steam flow can cause ripples on the surface of the water. If one of these ripples touches the top of the tube, it can temporarily shut down a condensation and collapse of the steam bag and then cause the pressure wave. Above is the Chinese abstract of this article.

Key words: Water hammer Power plant pipeline Water hammer hazard

Water hammer classification

目录

1. 前言 1

1.1水锤现象 1

1.2水锤现象会造成的危害 1

1.3我国有关水锤研究的优秀论文作品 1

1.4计算水锤方法的多样化 1

2、水锤基础知识 2

2.1水锤定义和水锤基础理论 2

2.1.1 水锤的定义 2

2.1.2 刚性水锤理论 3

2.1.3 弹性水锤理论 4

2.2基于弹性水锤理论的水锤的基本性质 4

2.2.1波动性 4

2.3基础方程 5

2.3.1基本方程 5

2.3.2共轭方程 7

3.计算方法 9

3.1图解法 9

3.1.1传播和反射 9

3.1.2 边界条件 10

3.2电算法 特征线法 10

4其他实际情况列举 13

4．1对于太阳能电厂的水锤发生状况 13

4.1．1水锤发生的情形 13

4.1.2太阳能电厂收集器的停滞 13

4.2输水管道中的水锤现象 14

4.2.1长距离高压力大管径输水管道 14

4.2.2空气罐保护输水管道 14

4.3 深海采矿提升管水锤波分析 14

4..4减振器节流阀片的水击模型 16

4.4.1阻尼阀物理模型 16

4.5水击预测与控制：绿色的函数方法 17

4.6对调压室缓慢关闭水锤压力分析研究 18

4.7水电系统水击过程（1-d-3-d耦合法） 19

5.工程实例分析 20

5.1AFT计算机软件介绍 20

5.2工程实例的分析 20

5.3 600MW单元机组事故停泵的分析 21

5.4不同事故工况下过渡过程分析 26

6.本文小节 34

电厂管道水锤分析

1. 前言

1.1水锤现象

水锤，也被称为蒸汽锤,是由于在封闭系统中流体的速度发生变化导致封闭系统内压力或者动力变化造成的。以下是由液体速度变化原因来分类的水锤。水锤的种类包括以下几类：阀门引起的水锤，空洞引起的水锤，闪光引发的水锤，蒸汽推动的水塞，凝析油引起的水锤。对于太阳能热电厂主要是凝结水引起的水锤。凝结水引起的水锤是由于过冷水快速冷凝蒸汽造成的。这种现象会以几种不同的方式发生。最常见的凝结水水锤是因为蒸汽流过过冷的水。蒸汽流量会造成水面上的涟漪。如果这些涟漪中的某一个触碰到了管子的顶部，它可以暂时关闭一个凝结和崩溃的蒸汽袋然后造成压力波。在热电厂中水锤不会被直接的报告出来，但是有时噪声问题是由因为水锤造成的停滞是发生的。

1.2水锤现象会造成的危害

在动力装置的循环水系统中，泵的开启、泵的突然停止和阀门的开启，等等，会造成不同程度的水锤现象。一般情况下，由水引起的突然事故停止泵锤子有最大的破坏性。突然意外停止了泵，会使循环水系统失去驱动力，在泵出口的整个系统的负压波，后水已停止或波在重力的情况下，在惯性的作用下，水的身体的波前继续向前移动，这是相当于在水体中的作用是张力，在管道中的局部“凸点”，水可能处于紧张的（低的水柱的蒸发与水柱分离，当水柱分离并重新封闭时，产生水柱的影响。水击会造成异常压力，对循环水系统具有巨大的破坏作用。

1.3我国有关水锤研究的优秀论文作品

在水锤的进行研究反面我国的起步比国外稍微晚一点。目前，国内在水力过渡方面的研究取得了丰硕的成果。有王鑫，韩伟实在原子能科学技术上发表的压水堆核电厂主给水管道水锤计算及分析，还有谭平，徐蕾，凌晓松在南京理工大学（自然科学版）发表的动力管道水锤激振分析，王玲，王福军，张嘉辰，李雪楠发表在排灌机械工程学报的压力波动预止阀对泵站水锤的影响，李松，马建忠，高丽霞，胡泳涛在核动力工程上发表的水锤引起的管道震动特性分析，姚青云，李志敏在排灌机械上发表的事故停泵水锤对压力管道的影响，熊水应，关兴旺，金坠在给水排水上发表的多处水柱分离与断流弥合水锤综合防护问题及问题及设计的实例，魏闯，李明思，李东伟，雷成霞在农业工程学报发表的PVC管网中直管链接方式对干管水锤压力叠加的影响，刘光林，林志勇，王廷权，胡青在给水排水上发表的单向调压塔水锤防护特性的研究，于永海王金星，秦晓峰在排灌机械工程学报上发表的空气罐水锤防护的并联泵系统，水力振动分析，刘竹清，毕慧丽王福军在空气阀在有压输水管路中的水锤的防护作用等优秀作品，这些优秀论文都代表了我国的许多专家学者们在研究水锤方面做出的巨大的努力和贡献。

1.4计算水锤方法的多样化

在实际的水锤问题中，尤其是在给水排水工程的实际设计时候，必须先进行相关的水锤分析，并且模拟水锤发生时会造成的状，这样一来，既可以减轻方案设计时候的成本，也可以减少水锤发生时造成的经济损失。目前水锤的计算大部分使用模块计算法，并且有大量的实用程序与之对应，但是这种程序算法单一，必须配合其他的辅助软件进行计算使用，实用性差。除此之外，还有基于有限体积的计算法，通过离散数值，离散网络的生成，离散方程的离散等过程进行计算，这种方法具有较高的准确性。也可以采用二分搜索的方法来改进上述算法，这样不仅可以提高算法的可靠性，并且可以有助于解决电厂中电压不稳定的问题。还有传统的计算水锤的方法，经历刚性水锤的计算，弹性水锤的计算，但是由于传统水锤方程的计算过程十分繁琐，容易产生较大的误差，在实际应用中极有可能会造成危害，尤其是为了减少计算的繁杂程度而进行的精简，更加会降低水锤计算方法的可靠性和精度。在现在的计算优化水锤计算方法中，有一种用e数值的方法，来代替传统的水锤方程的算法的办法，可以大大提高水锤计算的灵敏性，从而提高了相对应的水锤模型的稳定性和模拟的可靠性。

2、水锤基础知识

2.1水锤定义和水锤基础理论

2.1.1 水锤的定义

2.1.2 刚性水锤理论

图 2-1 计算刚性水锤的图示

2.1.3 弹性水锤理论

2.2基于弹性水锤理论的水锤的基本性质

2.2.1波动性

2.3基础方程

2.3.1基本方程

1. 运动方程

图2-2 微小流体上的作用力

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