火電廠(chǎng)循環(huán)水系統事故停泵過(guò)渡過(guò)程的仿真研究

第21卷第4期計算機仿真2004年4月文章編號:1006 - 938<200)04 -0129-03火電廠(chǎng)循環(huán)水系統事故停泵過(guò)渡過(guò)程的仿真研究蔣勁,趙紅芳,張成波,董盛文(武漢大學(xué)動(dòng)力與機械學(xué)院,300)摘要:針對火電廠(chǎng)循環(huán)水供水系統的特點(diǎn),應用水錘基本理論和特征線(xiàn)方法對系統事故停泵水力過(guò)液過(guò)程進(jìn)行了計算機仿真,對泵出口閥不同關(guān)閥規律對應的過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了比較分析,得出了較理想的關(guān)閥規律。從仿真結果看,最大水錘升壓發(fā)生在兩泵并聯(lián)同時(shí)事故停泵,且聯(lián)閥規律選擇不當時(shí)對應的工況,所得出的結論對提高火電廠(chǎng)循環(huán)水系統的可靠性和運行穩定性具有重要的實(shí)踐意義。關(guān)鍵詞:循環(huán)水系統;事故停泵;仿真中團分類(lèi)號:TK730.4文獻標識碼:B1引言故停泵的臺數就確定了未知量的個(gè)數,同時(shí)也確定了邊界條某電廠(chǎng)循環(huán)水系統1號、2號機組采用單元制直流循環(huán)件方程的個(gè)數,分別對每臺泵建立水頭平衡方程如下:冷卻供水系統,每臺機配兩臺立式循環(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(cháng)，且管道還有分叉,因此在各種水力瞬態(tài)過(guò)程中可能發(fā)生水錘現象及系統供水中斷等事故。為確保[Am + A(π+arteg)]-Houy! 1=0系統的安全運行,對系統進(jìn)行詳細的過(guò)渡過(guò)程分析,并選擇Fr= (Es- Cm)- B(u1Qx+ vrQm) + Hp2(吃+ 吃)x合適的防護措施是十分必要的。泵系統詳細資料如下:水泵選用立式斜流泵,額定流量11 m2/s,額定揚程17.8m,額定轉速329pm,額定效率88% ,機組轉動(dòng)慣量664kg. m? ,泵出口閥選用可控液控蝶閥。針對該系統復雜的邊界條件,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的過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了計算機仿真,得出F= (a}+以)[Bo + Bm(π + arctgo/a1)]+了過(guò)渡過(guò)程中的泵組最不利參數。CDPu- D，OL.壓(an-a1)=02管道水力過(guò)渡過(guò)程分析的數 學(xué)模型及計算方法F4= (a+ )[Ba+ Br(π + arctgu2/a)] +2.1水力過(guò)渡過(guò)程計算的特 征線(xiàn)法描述管道瞬變流的基本方程為運動(dòng)方程和連續方程組Pa- .照.0(a-a2)=0成的非線(xiàn)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(jiàn)，n呢分別為第號泵的額定下,偏微分方程可轉化為常微分方程,通過(guò)-階近似的有限流量、額定揚程、額定轉矩及額定轉速;a;,也分別為第i號泵差分,管道瞬變流基本方程可以簡(jiǎn)化為如下形式:的無(wú)量綱轉速和無(wú)量綱流量;Hp,為第i號閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的水[Hp= (Cp+ Cx)/2頭損失;i;為第i號閥門(mén)的無(wú)量綱開(kāi)度系數;aoi,Po;分別為前l(fā)Qg= (Cp- Hy)/B= (Hp- Cm)/B一時(shí)段第i號泵的無(wú)量綱轉速和無(wú)量綱轉矩; GD2為機組的式中,Cp= H1+ B0Q.-1- RQ-.1Q-1;Cu= H,1- BQ,1轉動(dòng)慣量;Ao,Ai;, Bo;, Bi;為第i號泵全特性曲線(xiàn)的插值系+ RQ,+II 0.+1 |;管道的特征常數B = a/(gA);管道的摩阻數;其中i= 1,2。特性常數R = fx/(2gDA2);V.H 和Q分別表示管道的瞬態(tài)上述4個(gè)方程組成了兩臺泵并聯(lián)運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(gè)方程包含4個(gè)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行的水泵才有面面積;a為水錘波速。意義,當并聯(lián)運行中的泵只有一臺停止運行,則只有一個(gè)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(gè)水頭平衡方程, 每臺泵停止運性方程,這時(shí)變量的數目和矩陣的階相應減少。行后又都有一個(gè)慣性方程,因此,并聯(lián)水泵的臺數和其中事2.3 管道分支與匯流節 點(diǎn)邊界條件忽略管道節點(diǎn)處的局部阻力損失,運用連續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(guò)程曲線(xiàn),圖7為泵出口閥快關(guān)5秒75度,慢關(guān)20秒15度時(shí)閥后壓力變化曲m=(器+留+影)八(去+高+):出H,后，各線(xiàn),圖8為泰出口閥快關(guān) 10秒75度，慢關(guān)30秒15度時(shí)閥后壓力變化曲線(xiàn),圖9和10分別為泵出口閥快關(guān)20秒75度，管道節點(diǎn)處的瞬態(tài)流量即可方便求出。0.1 r.08 t3事故停泵過(guò)渡過(guò)程計1.算機仿真。0.040.02 t采用上述數學(xué)模型及計算名.5方法,結合該循環(huán)水供水系統-0.020.的實(shí)際情況,分別對兩泵并聯(lián)-0.04-0.1運行,其中一臺事故斷電停泵406081002060及兩臺同時(shí)事故停泵的過(guò)渡過(guò)t//s程進(jìn)行了大量的計算機仿真。團1兩臺停一臺 ,泵出口閥不關(guān)閉的團2兩臺停一臺 ,泵出口閥后壓力曲線(xiàn)3.1兩泵并聯(lián)運行 ,其中一臺過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)(泵出口閥不關(guān)閉)事故斷電停泵過(guò)渡過(guò)程計算機仿真0.08兩泵并聯(lián)運行,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(shí)的水力過(guò)渡過(guò)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(guò)程曲線(xiàn),-0.06圖3為泵出口閥快關(guān)10秒7510度,慢關(guān)30秒15度時(shí)閥后壓力變化曲線(xiàn)，圖4為泵出口閥圈3兩臺停-臺,泵出口閥后壓力曲線(xiàn)圈4兩臺停- 一臺,泵出口閥后壓力曲線(xiàn)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(shí)閥后壓力變化曲線(xiàn)。0.1由圖1可以看出,停泵機0.8 P組的最大倒泄流量為額定流量。員0.05的77.5% ,最大倒轉轉速為額i定轉速的86.3%。水泵開(kāi)始-0.4 t-0.05倒流時(shí)間為10.4s,倒轉的時(shí)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(shí)停泵,泵出 口閥不關(guān)閉的團6兩臺停一臺,泵出口閥后壓力曲線(xiàn)電泵的關(guān)閥規律對該工況的最不利參數值影響不大，主要是.5 r.4 t由于另外一臺泵仍在運行,管1.1.3 t線(xiàn)中沒(méi)有出現水柱分離，因此器水錘壓力不大,均不超過(guò)0.0460.70.2 t,1 tMPa,與圖2比較,可以看出關(guān).3閥導致了水錘壓力的上升。).1 C3.2 兩泵同時(shí)事故斷電停泵80過(guò)渡過(guò)程計算機仿真兩臺水泵并聯(lián)運行,同時(shí)圍7兩泵同時(shí)事故停菜,泵出口閥后壓力曲線(xiàn)圖8兩泵同時(shí)事故停泵,泵出口閥后壓力曲線(xiàn)事故停泵,泵出口閥不關(guān)時(shí)的(泵出口閥快關(guān)5秒 75度,慢關(guān)20秒15度)水力過(guò)渡過(guò)程如圖5所示，圖中國煤化工-130-MYHCNMHG慢關(guān)40秒15度時(shí)的水力過(guò).2 r0.15 r渡過(guò)程曲線(xiàn)和閥后壓力變化.1 t曲線(xiàn)。0.6|0.05由圖5可以看出,每臺水泵機組的最大倒泄流量為額E 0.2 L定流量的50.1% ,最大倒轉轉-0.05速為額定轉速的55.8% ,水泵2c80204050開(kāi)始倒流的時(shí)間為28.4s,開(kāi)t/s始倒轉的時(shí)間為32.68。圖6表明泵出口閥不關(guān)閉時(shí),閥后圖9兩臺同時(shí)事故停泵的水力過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)圜10兩泵同時(shí)事故停泵,泵出口閥后壓力曲線(xiàn)(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(huì )引起倒流量的增加,圖7和圖8表明由于關(guān)閥規律選擇不當,導致管線(xiàn)中出現長(cháng)時(shí)間的水柱分離和壓故停泵水力過(guò)渡過(guò)程的合理控制。力振蕩,彌合后的水錘壓力高達1.39Mpa,圖8和圖9表明，參考文獻: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[M].北京:水利水電出版社，閥規律,此時(shí)閥后水錘壓力不超過(guò)0.02.Mpa,且最大倒流量和最大倒轉轉速比不關(guān)閥時(shí)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(dòng)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(shí)事故停泵是最不利的3] 蔣勁,等.小浪底電站技術(shù)供水回水系統水錘防護研究[].華工況。由于兩泵并聯(lián)運行時(shí),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.應增加,水流慣性加大,若關(guān)閥規律選擇不當,會(huì )導致事故停[4]劉光臨,等.萬(wàn)家寨引黃人晉 工程泵站水力過(guò)渡過(guò)程計算分析泵后管道中發(fā)生水柱分離,水柱彌合后會(huì )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(jiǎn)介]3結語(yǔ)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中的水錘事流體輸送過(guò)渡過(guò)程及水輪機故障診斷的研究;壓力,可以通過(guò)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(guò)渡過(guò)程的研究;控制事故停泵水力過(guò)渡過(guò)程,避免系統中出現過(guò)大或過(guò)小的水錘壓力?？煽亻y最理想的關(guān)閥程序是按曲線(xiàn)規律關(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(xiàn),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。本文結合生產(chǎn)實(shí)際，選用了方便實(shí)現的送過(guò)渡過(guò)程的研究。兩階段線(xiàn)性關(guān)閥過(guò)程,并確定了最優(yōu)關(guān)閥規律,實(shí)現了對事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-