矿井排水系统断电停泵瞬变过程的计算机模拟研究.pdf

年月 煤炭学报 第 ∀ 期 矿井排水系统断电停泵瞬变 过程的计算机模拟研究 ‘ 孙尚勇李玉科 草新矿业学院∃ 摘要 根据矿井排水系统一般可 以简化 为串联复杂管路系统的特 点 , 米用特征线法模 拟其断电停 泵的瞬变过 程 。 在 已有数学模型如波速方程 、 有限差分形 式的特征 线方程及泵机组方程等∃的基拙上 , 本文结合矿井排水 系统 , 建立了一些相应 的边 界条件方程 , 如变水 头的管道出水 口方程 、 恒定水位的管道进口方 程以及逆止阀的 关闭运动方程等 。 依据这些数学模型 , 用 一 万 尸‘3 ;, 6 89, ‘, 一 ∀∃ 式中 , 万尸 本次时步的测压管水头新值,9 尸一一本次时步的流量新值, 心 , ;, 由前 一次时步计算结果为已知数求出的常数 , ; 6 , ; 9 ‘61 , .∃ 式 中 , 8 , 只与管道特性有关的常数 , 8 3。 ≅∗∃ , 3 Α刁2 Β≅Χ∗ 么∃Δ ≅ 重力加 速度 , ∗ 管道过流面积 , 了 沿程阻力系数 , Χ 管道内径 。 ∀∃变水头管道出水口 如图 ∀所示 , 当水正向流动时 , 9。 1 Ε Φ 9 1 可由方程 ∃求出∃ , 则有 7即 1 3 Γ Η, Ι∃ 式中 , Γ 乙前一时步计算出的出水 口水面标高值 。 当水反向流动时 , 9。 1ϑ ∋ , 则有 7。 1 3 3 凡 6 9 、1 ∗∃刁考 Κ0Λ/ , ∃ 第∀期矿井排水系统断电停泵瞬变过程的计算机模拟研究 式中 , 9 厂一前一时步计算出的流量 , 一 管道倾斜角度 。 此时 , 出水口的液面降低 , 即 Γ Η, 3 Γ 1 6 9即 ,刁‘ ∗∃Κ0Λ / , 相应地该管节的分段数目也减小 , 即 ,∃ 3 一 ΓΗ ∋ 一ΓΗ刃 刁2 Κ0Λ/6 Φ 。 Ι ∃ 式中 , Γ 1。 前一次分段数减少时的管道内液面标高值 。 当水面降低至Φ 。 Ι 刁2 时 , , 3 一 , 取整数 。 口口口口口口口口口口口口 门门门门门门门门门门门 Μ Μ Μ 卜卜卜卜 厂厂厂厂厂厂厂夕夕冈一 一一 州州州州州州州州 8 8 8 8 8 Η Η Η , 、、 图Ν2 一Ο特征线网格 3 3 3拜了 月 万夕旦 旦 −∃管道 进水。 图 ∀ 所示带有滤水网的无底阀进水口 , 其滤网的局部阻力系数为Π 二∃ Φ∃ 式中 , Π ’’。3 ≅∗ Β Π 二6 ∃ 。 Σ 反向流动时 , 则有 万 , , 3 万 ,、,。 十 卫鱼二琴盗 三 ∀ 人 ‘ ∃ 9 尸13 兀尸材8 一 侧凡汤 刀∃∀ 一ΒΠ刀“万Ν、1一喻∃, ∀∃ 式中 , Π、 3 ≅∗ Β Π 二ϑ ∋时 , 才能产生反向流动 。 所以 , 若 7 Τ、1一 ;二∃Υ时 , 用式∃ , Φ∃计算 , 否则用式∃和∀∃ 。 .∃逆止阅 ,. 煤炭学报 年 / 逆止阀相对开度 在瞬变过程模拟计算中 , 阀门开启程度用无量纲相对开度系数Ρ来表示 。 当逆止阀全开 时 , 了3 , 全闭时 , Δ 3 ∋ 。 阀门不同开度的Ρ值用下式表示 , 即 , 3 侧万刃看 , − ∃ 式中 , 君 。 ∀≅ .∃ 式中 , 奴阀板与水流的相对速度 。 Ω ∃ 假设助阳 3 口口归口3Φ , 其 中夕3 Ξ Φ Ξ 沙 , 口3Ξ勿裔名 , Ω为阀板与管道轴线问的夹角 。 这样 , 逆止阀关闭运动微分方程可表示为 蔚蔚蔚 图− 逆止阀受力运动简图 ,口十 车 。丢Ρ二,1, 二一 、∃Κ, Λ。6 些些奥迎创、 3 。 , . ‘乙≅, Ι∃ 式中 , Ν 阀板绕阀板轴的转动惯量Δ 巧阀板直径 Δ , 阀板等效重心到阀 板 轴 的 间距, 5Ω Ω Κ Ω阀板形心到阀板轴的间距 , Γ 一 一阀板等效厚度, 粉 , 粉水 和 阀板材 料的容重 。 相对速度奴由两部分组成 , 一部分是管道中的流速 。, 另一部分是阀板自身运动速度外 二 乡 5。 如果阀板关闭时的运动速度如取正值 , 则相对速度可表示为 Ψ / 二 外 6 。 ∃ 将式 Ι∃采取一阶差分近似 , Ω用平均值代替 , 并忽略管道中流量变化的影响 , 则得 Ο , Κ 一∀口,6 , 上, ,二二 上 一 刁咨 ‘ 6 三 Χ, 〔 Γ ‘夕Ζ 一下 ,[, 旦 丑看 鱼 ∃ 十 , 旦必述巫工 卫 旦∃ 3 Φ 么≅ 尸 ,∃ 式中 , 。1 , Ω。一前少和Β4时步的变量值,杏一一刁的函数形式 , 乙口∃ 3 Γ 月ΩΓ 8口6 Γ Ω, ∃ 。∴ 3 。6 口 一 1∃刁召 Ω, ∃ , 比转速刃1 3 Ι , 额定扬程万 左3 . Φ] , 额定流量 9 1 3 Υ Τ0,] Κ,, 额定转矩 二3 .Κ−. ] , 额定转速 二3 Τ. ΙΡ]0Λ 。 电动机型号4Κ9Ι0Β ∀工护 七 ≅ , ,曰内 山 、Α 尹工 月 仙仆 ∀、 ,山‘心 叨 Β ,一 一心‘ 管道 分段号 叨 − 孙尚勇译∀ 9 泵及其应用 , 煤炭工业出版社 , ,6年∗月 。 〔6〕刘竹溪 , 刘光临 9 事故停泵水锤的电算方法 , 水泵技术 , , ∗ 年 , 第5期 。 〔〕 , ≅ 乃 Α .ΒΧ 改Χ , Δ 。 Ε二; ;ΦΕΓΗ ΙϑΚ 0 Λ.Η卫Λϑ . , Μ ΝΟ始Π 月日ΗΘΡ , Σ , − 作者简介 孙尚勇 , 男 , 岁 , 教授 。 ,5年毕业于中国矿业学院, 现任阜新矿业学院流体机械 教研室主任 。 目 前从事矿山机械工程专业方面的教学与研究工作 。 曾在有关刊物上发表 “泵站 瞬变过程 的电液蝶阀控制系 统的研究 ” 等论文 。 此外 , 并在有关出版社出版过编著和英 、 日 、 俄等书籍的译著 。 第∀期 矿井排水系统断电停泵瞬变过程的计算机模拟研究 李玉科 , 男 , − 岁 , 阜新矿业学院机械专业硕士研究生 。 在 煤矿设计上发 表过 “泵站瞬 变过程的 电液 蝶阀控制系统的研究 ” 一文 。 [ βΧδ∋; ∋εβ Γ[ ΝεβΗ∗ Ν∋∋ β ∋ Ο [0Λ沈 / ]0Λ Ωφ]0Λ≅ΚγΚΟΩ]Ω/Λ ≅ΩΛΩΡ /ΘΘγ ΣΩ Κ0]Θ0Α0ΩΞ 0ΛΟΥ /ΩΥ]Θ0Ω/ΟΩΞ ΝΩ 一Θ0Λ Ω ΚγΚΟΩ] 0Λ ΚΩΡ0ΩΚ , ΟΨΩΟΡ/ Λ Κ0ΩΛΟ ΡΥ ΩΩΚΚ Ι Κ0]φΘ/ΟΩΞ Σγ / ] ΩΟΨΥ Ξ ΥΑΩΨ/ Ρ /ΩΟΩ Ρ0ΚΟ0Ω Θ0Λ Ω 8/ΚΩΞ Υ Λ ΟΨΩ]/ΟΨΩ]/Ο0Ω/Θ] Υ Ξ ΩΘΚ ΛΥ⎯/η/0Θ/ΣΘΩ, Ω ≅ ⎯ / ηΩηΩΘΥ 5 0Ο夕 Ωιφ /Ο0Υ Λ , ΩΨ/ Ρ/ΩΟΩΡ0ΚΟ0ΩΚΩιφ /Ο0ΥΛ Κ ΥΑ Α0Λ0ΟΩΞ0ΑΑΩΡΩΛ5 Ω /ΛΞ φ]≅ΡΥ 妞 Ωιφ /Ο0Υ Λ , ΚΥ]ΩΩΥΡΡ ΩΚΥΛΞ0Λ≅ ΣΥ φΛ Ξ / Ργ ΩΥΛΞ 0Ο0ΥΛ Ωιφ / Ο0ΥΛ ΚΑΥΡ ΟΨΩ φ] ΚγΚΟΩ]/ΡΩ ΩΚΟ/Σ Θ0ΚΨΩΞ , Κφ ΩΨ/ΚΩΥΛ Ξ φ0Ο ΥφΟΘΩΟΩιφ /Ο0ΥΛ Κ ⎯ 0ΟΨ η/Ρ0/ΣΘΩ Ψ Ω/Ξ,ΩΥ ΛΞφ0Ο 0ΛΘΩΟ Ωιφ/Ο0ΥΛΚ ⎯ςΟΨ 5 Υ Λ ΚΟ /ΛΟ ⎯ / Ο Ω Ρ ΘΩη ΩΘ , ] Υ Ο0ΥΛ Ωιφ/Ο0Υ Λ ∋ Α /ΛΥΛ 一ΡΩΟφ ΡΛ ’η/ ΘηΩ 。 8/ Κ ΩΞΥ Λ ΟΨ ΩΚΩ ] /ΟΨΩ]/Ο05 /Θ] Υ Ξ ΩΘ日,/ ΡΥ≅Ρ/] ] Ω ΑΥ Ρ Κ0]φΘ/Ο0Λ≅ ΟΨΩΟΡ/Λ Κ0ΩΛΟΡ Υ5 ΩΚΚΙ ⎯Ρ0Ο加Λ 0Λ∋ ∗ ,,Θ/Λ≅ φ/ΚΩ ΨΩ Ω/ΘΩφΘ/ΟΩΞΡΩΚφΘΟΚ/ ΡΩ ι φ0ΟΩ ΩΘΥ ΚΩ ΟΥΟΨΩ ] Ω/ ΚφΡΩΞ 血Ο/ Ψ Ω Ω /Θ 5φΘ/ΟΩΞ ΟΡ/ΛΚ0ΩΛ Ο Ωφ ΡηΩ / Λ Ξ ΟΨ Ω ] Ω/跳Ρ ΩΞ Ξ/ Ο /Ωφ Ρη Ω / ΡΩ ΘΥ ΟΟΩΞ Υ Λ ΥΛΩΩΥ ΥΡΞ0Λ/ΟΩΚγΚΟΩ] Σγ ΟΨΩ ΩΥ ] φΟΩΡΑΥ Ρ ΩΥ] / Ρ0ΚΥΛ , ⎯Θ 00ΩΘ0Ι ΚΥΘΑ Ω⊥Θ/0Λ0朋