拍门停泵动态特性研究及辅助分析系统的开发
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摘要
在泵站工程中，由于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，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，对水泵截流闭锁装置的研究，成为泵站工程中一项重要课题。拍门类似于铰链逆止阀，是最为常见的截流闭锁装置，因拍门简单、可靠，与快速闸门、虹吸真空破坏截流闭锁方式相比，可以缩短出水管道(流道)长度，节省投资，并利于泵系统起动。因此，本研究对于泵站工程的设计、改造及运行均有一定的指导意义，特别是在举世瞩目的南水北调泵站工程实施之际，其有着更为重要的实际意义。
本文在总结前人研究拍门近似计算方法的基础上，通过数理解析和准则方程，推导了拍门开启角度的计算公式；从系统动态特性的角度出发，分析其在停泵过程中的运动规律，定性定量地阐述了拍门下落过程中多变量之间的相互影响；并运用能量法分析了拍门的停泵撞击过程，提出了拍门缓冲装置的计算方法；同时以Microsoft Visual Basic 6.0为平台开发了泵站拍门开启角度和停泵动态过程计算机辅助分析系统，本文详细说明了该系统所采用的面向对象的编程方法、系统构成、程序设计技术、系统各组成模块的开发过程及原理；该系统可通过良好的人机对话机制辅以生动形象的多媒体可视化信息技术以及图文等资料指导用户完成系统操作，并且充分利用VB提供的Automation技术，实现了多种软件的跨平台集成，缩短了系统与用户间的距离。
最后本文结合具体的现场试验和算例对所提出的数学模型、计算公式和分析程序的正确性进行了验证，运行结果表明理论成果和实测数据十分吻合，且操作简便，界面友好，运行速度快，可读性强，易于维护管理和扩充，此系统使拍门开启角度和停泵下落过程更为清晰。
In the study on pumping station, pump stopping caused by normal reason or motive force will make water counter-current and result in pump reversing. When being serious, pump will be destroyed that could influence system running. Therefore, the study on dam locking becomes an important subject. And pumping station was considered as the important component of hydraulic-engineering, its status is being known and paid more attention. Flap valve used in pumping station is a kind of hydraulic-operated automatic gate, which is similar to a hinged cheek. Because of their simple structure and reliability, being able to shorten the length of outlet passage and facilitate the starting of pumping system in comparison with siphonic vaeuum-distroied cutoff scheme. So it is favorable to save investment for building and transforming the pump station project, meanwhile, it has obvious advantages in operating and using.
In this paper, flap valve's open angle was analysed on the basis of summarizing forefathers' study on mathematical analysis of the eharacthedstics and criterion equation. By the way of dynamic systems, sport law in pump stopping was analysed. Influence between variables in the course of flap valve failing was quantitatively studied. Energy law was used to anslyse pump stopping and compute buffer device. At the same time, visual systematic procedure for the open angle and pump stopping dynamic process in flap valve was developed on the platform of microsoft Visual Basic 6.0. This text has explained in details on programming method that the system adopts, the system forming and the development course and principle of the module. Complemented. with vivid multimedia information through the good human-computer dialogue mechanism, the system instructs users how to fiuish system operation with the vivid picture and text materials. Various softwares are integrated as well by the 'Automation' technic provided by VB that shortened the distance among the system and user.
This paper finally combined spot experiments and calculate example to verify exactness of the module and formula as well as procedure. Circulate results showed that the theories fit with measured data very well and the procedure has many advantages such as circulating quickly, good readability and easy to maintenance. By this way, the course of pump stopping and falling is clearer and quantitative analysis is more accurate.
本文在总结前人研究拍门近似计算方法的基础上，通过数理解析和准则方程，推导了拍门开启角度的计算公式；从系统动态特性的角度出发，分析其在停泵过程中的运动规律，定性定量地阐述了拍门下落过程中多变量之间的相互影响；并运用能量法分析了拍门的停泵撞击过程，提出了拍门缓冲装置的计算方法；同时以Microsoft Visual Basic 6.0为平台开发了泵站拍门开启角度和停泵动态过程计算机辅助分析系统，本文详细说明了该系统所采用的面向对象的编程方法、系统构成、程序设计技术、系统各组成模块的开发过程及原理；该系统可通过良好的人机对话机制辅以生动形象的多媒体可视化信息技术以及图文等资料指导用户完成系统操作，并且充分利用VB提供的Automation技术，实现了多种软件的跨平台集成，缩短了系统与用户间的距离。
最后本文结合具体的现场试验和算例对所提出的数学模型、计算公式和分析程序的正确性进行了验证，运行结果表明理论成果和实测数据十分吻合，且操作简便，界面友好，运行速度快，可读性强，易于维护管理和扩充，此系统使拍门开启角度和停泵下落过程更为清晰。
In the study on pumping station, pump stopping caused by normal reason or motive force will make water counter-current and result in pump reversing. When being serious, pump will be destroyed that could influence system running. Therefore, the study on dam locking becomes an important subject. And pumping station was considered as the important component of hydraulic-engineering, its status is being known and paid more attention. Flap valve used in pumping station is a kind of hydraulic-operated automatic gate, which is similar to a hinged cheek. Because of their simple structure and reliability, being able to shorten the length of outlet passage and facilitate the starting of pumping system in comparison with siphonic vaeuum-distroied cutoff scheme. So it is favorable to save investment for building and transforming the pump station project, meanwhile, it has obvious advantages in operating and using.
In this paper, flap valve's open angle was analysed on the basis of summarizing forefathers' study on mathematical analysis of the eharacthedstics and criterion equation. By the way of dynamic systems, sport law in pump stopping was analysed. Influence between variables in the course of flap valve failing was quantitatively studied. Energy law was used to anslyse pump stopping and compute buffer device. At the same time, visual systematic procedure for the open angle and pump stopping dynamic process in flap valve was developed on the platform of microsoft Visual Basic 6.0. This text has explained in details on programming method that the system adopts, the system forming and the development course and principle of the module. Complemented. with vivid multimedia information through the good human-computer dialogue mechanism, the system instructs users how to fiuish system operation with the vivid picture and text materials. Various softwares are integrated as well by the 'Automation' technic provided by VB that shortened the distance among the system and user.
This paper finally combined spot experiments and calculate example to verify exactness of the module and formula as well as procedure. Circulate results showed that the theories fit with measured data very well and the procedure has many advantages such as circulating quickly, good readability and easy to maintenance. By this way, the course of pump stopping and falling is clearer and quantitative analysis is more accurate.
引文
[1]石教英．分布式科学计算可视化[J]．自然科学进展，1994，6．
[2]严登丰，刘超．泵系统起动动态特性计算[J]．水利学报，1989
[3]严登丰．泵站拍门近似计算方法[M]．江苏农学院，1986
[4]Microsoft Corporation．全面掌握M~msof Vsual Basic 6．0应用程序开发[M]．北京：清华大学出版社，2000
[5]泵技术者联盟泵手册编辑委员会．水泵手册(日)，北京：水利电力出版社，1983
[6]A．H．巴特勒雪夫．流体力学[M]．戴昌晖等译．北京：高等教育出版社，1959
[7]L．普朗特[德]．流体力学概论[M]．郭永怀，陆士嘉译．北京：科学出版社，1981
[8]李玉柱，苑明顺．流体力学[M]．北京：高等教育出版社，1998
[9]谢永曜，汝树勋等编译．工程流体力学水力学题解[M]．四川：四川科学技术出版社，1984
[10]严登丰．拍门水流冲力[J]．江苏农学院．1982，9
[11]大桥秀雄．流体机械[M]．东京：森北出版株式会社．1971
[12]沈日迈主编．江都排灌站[M]．第三版．北京：水利电力出版社，1986
[13]严登丰著．泵站过流设施与截流闭锁装置[M]．北京：水利水电出版社，2000
[14]武汉水利电力学院水力学教研文室编．水力计算手册[M]．北京：水利出版社，1980
[15]严登丰．泵站拍门的运行和撞击探讨[J]．江苏农学院学报，1981增刊
[16]夏海峰．低扬程泵站充气浮箱拍门的技术研究[J]．扬州大学硕士学位论文，2003
[17]丘传忻编著．泵站工程[M]．武汉：武汉大学出版社，2001
[18]刘光临，蒋进，骆辛磊，徐建求．大型轴流泵站停泵水锤的调压塔防护研究[J]．水利水电技术，1995(2)
[19]M·M·格里申．水工建筑物[M]，水力发电建设总局专家工作室译．北京：水利电力出版社，1958
[20]邓伟中，徐建清．中小型排涝泵站断流拍门的改进[J]．中国农村水利水电，2001(9)．
[21]曹瑞德．泵站断流装置选用的新思路及拍门的改进[J]．给水排水，1999(3)
[22]顾强生，汪沐．大套泵站拍门技术改造方案的研究[J]．排灌机械，1998(3)
[23]丁峰，周莉嘉，孙丕浩．拍门消减泵系统两处断流弥合水锤问题的研究[J]．青岛建筑工程学院学报，1997(6)
[24]倪红举，张丰林．中小型泵站平板拍门的改造方案[J]．排灌机械，1998(1)
[25]宋苏民，刘金国．一种新型对开拍门的探讨[J]．江苏农学院
[26]宋贤良．水力自动门理论与设计研究[J]．扬州大学硕士学位论文，2002
[27]夏震寰．现代水力学[M]．北京：高等教育出版社，1990
[28]陈卓如，金朝铭编．工程流体力学[M]．黑龙江：哈尔滨工业大学出版社，1987
[29]魏亚东，闻德荪，李兆年，夏正潮编．工程流体力学[M]．北京：中国建筑工业出版社，1989
[30]谢永曜，汝树勋，陈亚梅，王贤敏编译．工程流体力学水力学题解[M]．四川：四川科学技术出版社，1984
[31]黄廷璞．电排站拍门缓冲装置的改进[J]．湖南水利水电，2000(6)
[32]谢洪川．浮板式拍门的水头损失和撞击力分析[J]．广东水利水电，2002．6增刊
[33]泵站设计规范[S] (GB/T 50265-97)
[34]孔珑主编．工程流体力学[M]．北京：水利电力出版社。1992
[35]张大群．樊口泵站拍门装置设计问题．水利水电技术，1981(11)
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[43]左东启等编著．模型试验的理论和方法[M]．北京：水利电力出版社，1984
[44]章梓雄，董曾南编著．粘性流体力学[M]．北京：清华大学出版社，1998
[45]L．M．米尔恩-汤姆森著[英]．理论流体动力学[M]．李裕立，晏名文译．北京：机械工业出版社，1984
[46]生井武文，井上雅弘著[日]．粘性流体力学[M]．伊增欣译．北京：海洋出版社，1984
[47]Daugherty,R.L.,and J.B.Franzini.Fluid Mechanics with Engineering Applications[M].7th edition,McGRAWHILL BOOK COMPANY,1977
[48]水利水电科学研究院，南京水利科学研究院．水工模型试验IM]．第二版．北京：水利电力出版社，1985
[49]严登丰．关于泵站拍门的模拟问题[J]．水利水电技术，1979(9)
[50]Vermard,J.K.,and R.L.Street.Elementary Fluid Mechanics[M].6th edition,John Wiley & Sons,INC,1982
[51]A.Shariff.Hydraulics and Fluid Mechanics[M].Dhanpat Rai and Sons,Delhi,1st edition,1981
[52]庄楚强，吴亚森编．应用数理统计基础[M]．广州：华南理工大学出版社，1992
[53]V.K.Rohatgi.An Introduction to Propability theory and Mathematical Statistics[M].John Wiley & Sons,INC,1976
[54]Bickel.P.J,Doksum k.A.Mathematical Statistics,Basic ideas and Selected Topics[M].HOLDELDAY,DNC,1977
[55]张国宝编著．AutoCAD Visual Basic开发技术[M]．北京：科学出版社，2000
[56]付强．四联杆双悬臂平面翻板闸计算机辅助设计软件[J]．水利学报，1998(11)
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[58]储训，冯汉民．二阶段工作拍门理论数值计算[J]．江苏农学院学报，1983(1)
[59]储训，冯汉民．二阶段工作拍门模型试验研究[J]．江苏农学院学报，1983(2)
[60]储训，冯汉民．拍门压力分布和运动阻力试验研究忉．江苏农学院学报，1984(2)
[61]朱红耕，冯汉民．双节拍门水头损失系数模型试验研究[J]．水利学报，1996(9)
[62]朱红耕，罗建勤．拍门水头损失对泵装置效率的影响[J]．农村水利与小水电，1995(4)
[63]水电站机电设计手册编写组．水电站机电设计手册[M]．北京：水利电力出版社，1989
[64]日本土木学会．水力公式集[M]．铁道部科学研究院译．北京：人民铁道出版社，1977
[65]水利水电工程钢闸门设计规范[S](SDJ—83)
[66]安徽省水利局勘测设计院．水工钢闸门设计[M]．北京：水利出版社，1980
[67]储训，冯汉民．二阶段工作拍门理论的探讨[J]．江苏农学院学报，1982 (4)
[68]冯生华．泵站拍门长时间拍击的原因及对策[J]．给水排水，1998(10)
[69]李继珊，何忠人．重新考虑拍门在轴流泵抽水装置中的应用[J]．中国农村水利水电，1997
[70]上海工业自动化仪表研究所编著．流量测量节流装置设计手册[M]．北京：机械工业出版社．1966
[71]华东水利学院．模型试验量测技术[M]．北京：水利电力出版社，1984
[72]徐士良编著．FORTRAN常用算法程序集[M]．北京：清华大学出版社，1995
[73]闯泽杭．泵站油压启闭机快速闸门自动化的完善[J]．中国农村水利水电，1999(5)
[74]李加峰，赵松．丁东水库入库泵站简介[J]．排灌机械，2000．3(2)
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