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泵站拍门断流的力学特性研究

陆伟刚  
【摘要】: 随着南水北调工程的逐步推进和大型泵站建设改造的进一步实施,国家对泵站安全、节能提出了更高的要求。在泵站工程中,当断流装置设计不合理,机组停泵特别是动力突然中断造成的事故停泵,会使水体逆流,水泵倒转反,严重的会使水泵遭到破坏,造成事故,影响系统的正常运行。因此,对泵站断流装置的研究,成为泵站工程中一项重要课题。拍门是泵站工程中主要的断流装置,由于工作简单、维修方便、节省投资、便于启动,而广泛运用,但是泵站拍门断流也存在两大缺陷:一是出口损失偏大;二是停机时在水压和拍门自重作用下产生较大的撞击力,对拍门本身和水工建筑物会造成较大的危害。为确保泵站的安全运行和高效运行,很有必要从基础研究出发,对泵站拍门断流进行系统力学特性研究。 本文根据泵站拍门的实际工作情况,从流体动力学的基础理论出发,对拍门的开启过程进行了受力分析,并推导了拍门开启角度计算式,建立各种工况下拍门的运动规律;考虑碰撞系数和冲击系数的影响,对各种形式拍门建立数学模型,研究特定条件下拍门撞击力的计算以及铰位冲击计算;结合停泵动态特性,对正转正流、正转逆流两个阶段的拍门下落运动进行了非线性分析,推导了停泵后拍门下落撞击力的计算式;运用应力波方法对拍门的首次撞击进行研究,计算了拍门首次撞击的历时和最大撞击应力,分析了拍门在首次撞击过程中的受力规律;通过模型试验分析和研究了各种不同门体浮容重下,拍门开启角度与水头损失、开启角度与流量之间的关系,并通过相似理论推求了原型拍门的工作状态,为拍门的技术改造提供了可靠的理论依据;开发和研究了新型充气浮箱式拍门,通过气囊自动调节门体在水中浮容重,可以达到运行时减小水头损失,在停泵时减少拍门撞击力,系统地解决拍门常见的开启角度(水头损失)和闭门撞击力这两大问题,具有重要的学术意义和应用价值。


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