火电厂循环水系统事故停泵过渡过程的仿真研究

第21卷第4期计算机仿真2004年4月文章编号:1006 - 938<200)04 -0129-03火电厂循环水系统事故停泵过渡过程的仿真研究蒋劲,赵红芳,张成波,董盛文(武汉大学动力与机械学院,300)摘要:针对火电厂循环水供水系统的特点,应用水锤基本理论和特征线方法对系统事故停泵水力过液过程进行了计算机仿真,对泵出口阀不同关阀规律对应的过渡过程进行了比较分析,得出了较理想的关阀规律。从仿真结果看,最大水锤升压发生在两泵并联同时事故停泵,且联阀规律选择不当时对应的工况,所得出的结论对提高火电厂循环水系统的可靠性和运行稳定性具有重要的实践意义。关键词:循环水系统;事故停泵;仿真中團分类号:TK730.4文献标识码:B1引言故停泵的台数就确定了未知量的个数,同时也确定了边界条某电厂循环水系统1号、2号机组采用单元制直流循环件方程的个数,分别对每台泵建立水头平衡方程如下:冷却供水系统,每台机配两台立式循环水泵,因凝汽器部位F= (Es- Cm)- B(v1Qkt+ nrQx)+ Ha(a{+好)x较高,压力水管较长，且管道还有分叉,因此在各种水力瞬态过程中可能发生水锤现象及系统供水中断等事故。为确保[Am + A(π+arteg)]-Houy! 1=0系统的安全运行,对系统进行详细的过渡过程分析,并选择Fr= (Es- Cm)- B(u1Qx+ vrQm) + Hp2(吃+ 吃)x合适的防护措施是十分必要的。泵系统详细资料如下:水泵选用立式斜流泵,额定流量11 m2/s,额定扬程17.8m,额定转速329pm,额定效率88% ,机组转动惯量664kg. m? ,泵出口阀选用可控液控蝶阀。针对该系统复杂的边界条件,对两泵并两台水泵各自的惯性方程如下:联各种工况下事故停机的过渡过程进行了计算机仿真,得出F= (a}+以)[Bo + Bm(π + arctgo/a1)]+了过渡过程中的泵组最不利参数。CDPu- D，OL.压(an-a1)=02管道水力过渡过程分析的数 学模型及计算方法F4= (a+ )[Ba+ Br(π + arctgu2/a)] +2.1水力过渡过程计算的特 征线法描述管道瞬变流的基本方程为运动方程和连续方程组Pa- .照.0(a-a2)=0成的非线性偏微分方程,在特征条件dx/dt = V士a的约束式中, E,为上游水位; Qm, Hm, T见，n呢分别为第号泵的额定下,偏微分方程可转化为常微分方程,通过-阶近似的有限流量、额定扬程、额定转矩及额定转速;a;,也分别为第i号泵差分,管道瞬变流基本方程可以简化为如下形式:的无量纲转速和无量纲流量;Hp,为第i号阀门全开时的水[Hp= (Cp+ Cx)/2头损失;i;为第i号阀门的无量纲开度系数;aoi,Po;分别为前lQg= (Cp- Hy)/B= (Hp- Cm)/B一时段第i号泵的无量纲转速和无量纲转矩; GD2为机组的式中,Cp= H1+ B0Q.-1- RQ-.1Q-1;Cu= H,1- BQ,1转动惯量;Ao,Ai;, Bo;, Bi;为第i号泵全特性曲线的插值系+ RQ,+II 0.+1 |;管道的特征常数B = a/(gA);管道的摩阻数;其中i= 1,2。特性常数R = fx/(2gDA2);V.H 和Q分别表示管道的瞬态上述4个方程组成了两台泵并联运行的水泵端边界条件流速、瞬态压力水头和瞬态流量;D为管道直径;A为管道断方程,4个方程包含4个未知量a,az,们, 02,可用Newton迭代法求解。需要注意的是，惯性方程只对停止运行的水泵才有面面积;a为水锤波速。意义,当并联运行中的泵只有一台停止运行,则只有一个惯2.2两泵并联的边界条件由于每条并联管道有一-个水头平衡方程, 每台泵停止运性方程,这时变量的数目和矩阵的阶相应减少。行后又都有一个惯性方程,因此,并联水泵的台数和其中事2.3 管道分支与汇流节 点边界条件忽略管道节点处的局部阻力损失,运用连续性方程及相分支边界条件Hp =收稿日期:2003-03- I4.中国煤化工MHCNMHG129(旨.号+出)川(后+高+部):管道汇流边界条件6为泵出口阀不关闭,阀后的水锤压力变化过程曲线,图7为泵出口阀快关5秒75度,慢关20秒15度时阀后压力变化曲m=(器+留+影)八(去+高+):出H,后，各线,图8为泰出口阀快关 10秒75度，慢关30秒15度时阀后压力变化曲线,图9和10分别为泵出口阀快关20秒75度，管道节点处的瞬态流量即可方便求出。0.1 r.08 t3事故停泵过渡过程计1.算机仿真。0.040.02 t采用上述数学模型及计算名.5方法,结合该循环水供水系统-0.020.的实际情况,分别对两泵并联-0.04-0.1运行,其中一台事故断电停泵406081002060及两台同时事故停泵的过渡过t//s程进行了大量的计算机仿真。團1两台停一台 ,泵出口阀不关闭的團2两台停一台 ,泵出口阀后压力曲线3.1两泵并联运行 ,其中一台过渡过程曲线(泵出口阀不关闭)事故断电停泵过渡过程计算机仿真0.08两泵并联运行,其中一台0.060.0事故断电停泵,泵出口阀不关， 0.04wwwwwwwwww.1.04 -wwwwww.0.02时的水力过渡过程如图1所a。 L示,图2为泵出口阀不关闭,阀-0.0后的水锤压力变化过程曲线,-0.06图3为泵出口阀快关10秒7510度,慢关30秒15度时阀后压力变化曲线，图4为泵出口阀圈3两台停-台,泵出口阀后压力曲线圈4两台停- 一台,泵出口阀后压力曲线快关20秒7S度,慢关40秒15(泵出口阀快关10秒75度,慢关30秒15度)(泵出口阀怏关20秒75度,慢关40秒15度)度时阀后压力变化曲线。0.1由图1可以看出,停泵机0.8 P组的最大倒泄流量为额定流量。员0.05的77.5% ,最大倒转转速为额i定转速的86.3%。水泵开始-0.4 t-0.05倒流时间为10.4s,倒转的时间为14.2s。由图2可以看出,泵/%40 60出口阀后的最大水锤压力为0.016MPa。图3和图4表明失圉5两泵同时停泵,泵出 口阀不关闭的團6两台停一台,泵出口阀后压力曲线电泵的关阀规律对该工况的最不利参数值影响不大，主要是.5 r.4 t由于另外一台泵仍在运行,管1.1.3 t线中没有出现水柱分离，因此器水锤压力不大,均不超过0.0460.70.2 t,1 tMPa,与图2比较,可以看出关.3阀导致了水锤压力的上升。).1 C3.2 两泵同时事故断电停泵80过渡过程计算机仿真两台水泵并联运行,同时围7两泵同时事故停菜,泵出口阀后压力曲线图8两泵同时事故停泵,泵出口阀后压力曲线事故停泵,泵出口阀不关时的(泵出口阀快关5秒 75度,慢关20秒15度)水力过渡过程如图5所示，图中国煤化工-130-MYHCNMHG慢关40秒15度时的水力过.2 r0.15 r渡过程曲线和阀后压力变化.1 t曲线。0.6|0.05由图5可以看出,每台水泵机组的最大倒泄流量为额E 0.2 L定流量的50.1% ,最大倒转转-0.05速为额定转速的55.8% ,水泵2c80204050开始倒流的时间为28.4s,开t/s始倒转的时间为32.68。图6表明泵出口阀不关闭时,阀后图9两台同时事故停泵的水力过渡过程曲线圜10两泵同时事故停泵,泵出口阀后压力曲线(泵出口阀怏关20秒75度,慢关40秒15度)(泵出口阀快关20秒75度,慢关40秒15度)压力很小,但这会引起倒流量的增加,图7和图8表明由于关阀规律选择不当,导致管线中出现长时间的水柱分离和压故停泵水力过渡过程的合理控制。力振荡,弥合后的水锤压力高达1.39Mpa,图8和图9表明，参考文献:泵出口阀快关20秒75度,慢关40秒15度是比较理想的关[1]刘竹溪,刘光临. 泵站水锤防护[M].北京:水利水电出版社，阀规律,此时阀后水锤压力不超过0.02.Mpa,且最大倒流量和最大倒转转速比不关阀时大大减小，分别为11.6%和11.[2] [美]EB怀利，v L斯特里特,清华大学流体传动与控制教研组译.瞬变流[M].北京:水利电力出版社, 1987.由上面的分析可以看出,两泵同时事故停泵是最不利的3] 蒋劲,等.小浪底电站技术供水回水系统水锤防护研究[].华工况。由于两泵并联运行时,管道中流量增大,管中流速相中科技大学学报2002,30(4):81~ 83.应增加,水流惯性加大,若关阀规律选择不当,会导致事故停[4]刘光临,等.万家寨引黄人晋 工程泵站水力过渡过程计算分析泵后管道中发生水柱分离,水柱弥合后会产生非常高的弥合研究报告[C].武汉水利电力大学, 1993 - 12.压力。[作者简介]3结语蒋劲(1963-),男(汉族),江西人,教授,主要从水泵出口阀的关闭特性直接影响到管道系统中的水锤事流体输送过渡过程及水轮机故障诊断的研究;压力,可以通过合理确定水泵出口可控阀的关阀程序有效的赵红芳(1978- ),男(汉族),山西人，硕士研究生，主要从事流体输送过渡过程的研究;控制事故停泵水力过渡过程,避免系统中出现过大或过小的水锤压力。可控阀最理想的关阀程序是按曲线规律关闭,理张成波(1979- ),男(汉族),安徽人,硕士研究生，论上可由泛函求极值的方法找到此最优关阀曲线,但在实际盛文(1979- ),男(汉族),湖北人，硕士研究生,主要从事流体输生产中不容易实现。本文结合生产实际，选用了方便实现的送过渡过程的研究。两阶段线性关阀过程,并确定了最优关阀规律,实现了对事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中国煤化工:YHCNMHG.-131-