跨海输水管路自适应加压系统的节能特性和瞬变响应研究

【摘要】：我国海域辽阔岛屿众多,为了能够较充分开发和利用我国的岛屿资源,利用跨海管道输水来解决岛屿的淡水缺乏问题,是我们开发利用岛屿资源的必要条件之一。 跨海自适应加压供水管路系统具有适时加压和高效节能的特点。本文首先较详细的介绍了跨海供水管路自适应加压系统的基本结构和原理,通过与普通加压泵站系统的比较,研究了自适应加压泵站系统的节能特性,对不同日用水过程线的水泵加压的能耗过程进行模拟计算和对比,分别绘制出了两种加压系统下水泵功率的日消耗过程线,分析了自适应加压系统在不同用水过程线情况下的节能效率,并且得到初步结果。结果表明,当用水过程波动较大、变频恒压压强较低和低用水量时间段较长时,采用自适应加压系统可以更好地提高输水系统的节能效果。 跨海自适应加压系统在瞬变切换过程中同样面临着水锤响应的问题。本文运用特征线数值模拟方法,首先对自适应加压系统在瞬变切换过程中的水锤响应进行了研究,包括在开泵和停泵过程中管道流量的瞬变和管内压力的波动情况；并且将自适应加压系统和普通泵站加压系统的水锤模拟结果进行对比,包括泵前和泵后管段流量变化的对比和管道内压力波动情况的对比；结果表明：在不利的工况下,自适应加压系统在开泵时可能出现瞬间的倒流情况,压力波动情况与普通加压系统类似；而在停泵时,自适应加压系统不管是泵前管段还是泵后管段,压力波动幅度均低于普通加压系统,所以与普通加压系统相比,在水锤响应方面具有一定的优势。除此之外,本文通过比较在不同上下游水位差的情况下,两种加压系统的停泵水锤响应特性,指出自适应加压系统的优势所在。最后本文还给出了水锤防护的常见措施和方法,并对调压塔和空气罐的水锤防护进行了简单的数值模拟研究,指出了空气罐更适合跨海输水管路的水锤防护。 【关键词】：自适应加压系统 变频泵 水力过渡过程 水锤 特征线法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU991.3;TV67
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 变频泵的使用和推广12-13
• 1.2.2 水锤的国内外研究现状13-15
• 1.3 本文研究目的、内容与方法15-17
• 2 跨海管路自适应加压系统的基本结构和原理17-20
• 2.1 自适应输水系统的基本组成17-18
• 2.2 自适应输水的运行原理18-20
• 2.2.1 自适应运行方式18
• 2.2.2 变频泵节能原理18
• 2.2.3 变频泵调速方式18-20
• 3 跨海管路自适应加压系统的节能特性研究20-28
• 3.1 计算模型与方法20-21
• 3.1.1 对比分析20
• 3.1.2 计算方法20-21
• 3.2 算例说明21-26
• 3.2.1 案例介绍21-23
• 3.2.2 耗能计算23-26
• 3.2.3 结果分析26
• 3.3 本章小结26-28
• 4 跨海自适应加压管路瞬变基本原理与模型28-37
• 4.1 基本原理与方法28-31
• 4.1.1 非恒定流管路基本方程28
• 4.1.2 特征线法28-29
• 4.1.3 特征线方程求解方法——有限差分法29-31
• 4.2 水泵水锤数值模型31-35
• 4.2.1 水泵特性的描述方法——全特性曲线法31-32
• 4.2.2 停泵和开泵的水锤数值模型32-35
• 4.3 自适应加压系统的水锤模型35-37
• 5 自适应加压系统水力过渡过程的数值模拟分析37-51
• 5.1 开泵的水力瞬变特性分析37-44
• 5.1.1 算例说明38-39
• 5.1.2 节点流量随时间的变化39-40
• 5.1.3 节点压力随时间的变化40-44
• 5.2 停泵的水力瞬变特性分析44-51
• 5.2.1 算例说明45
• 5.2.2 节点流量随时间的变化45-47
• 5.2.3 节点压力随时间的变化47-51
• 6 自适应加压系统与普通加压系统的水锤响应比较51-72
• 6.1 开泵的水锤特性分析与比较51-55
• 6.1.1 算例说明51
• 6.1.2 节点流量时程变化对比51-52
• 6.1.3 节点压力时程变化对比52-55
• 6.2 停泵的水锤特性分析与比较55-59
• 6.2.1 算例说明55
• 6.2.2 节点流量时程变化对比55-56
• 6.2.3 节点压力时程变化对比56-59
• 6.3 上下游水位差对两种加压系统的水锤响应影响分析59-63
• 6.3.1 普通加压系统在不同上下游水位差下的停泵水锤压力变化59-61
• 6.3.2 自适应加压系统在不同上下游水位差下的停泵水锤压力变化61-63
• 6.4 跨海自适应加压系统切换的水锤防护63-70
• 6.4.1 水锤防护措施63
• 6.4.2 调压塔的水锤防护63-67
• 6.4.3 空气罐的水锤防护67-70
• 6.5 对比小结70-72
• 7 结论与展望72-74
• 7.1 结论72-73
• 7.2 展望73-74
• 参考文献74-79
• 附录：作者简历79

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