DN1200 自由侧翻式拍门在浙江省诸暨某泵站中的应用研究

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Байду номын сангаас
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且 MG = ( m g - F 浮) si n β R ,cos β= cos γ cos δ , sin θ= ( si n γ ) ( si n δ ) + ( si n θ ) 2 式中 : m— 拍门质量 ,kg ; g — 重力加 速度 , m /s ;F — 拍门所受浮力 , N; γ 、 δ — 拍门的放置角度 ,rad . 可求得拍门的开启角 , 即停 泵时 拍门 的初 始角 α 0 . 拍门浮重的力矩为 M2 = ( G si n β si n θ cos α+ G si n β cos θ si n α ) R= MGsi n( θ+ α ) 前所述 . 拍门的运动阻力力矩为 7π 2 5 kρ ωR ( 7) 4 式中 : k — 阻力系数 ; ω — 门体转动角速度 ,rad/ s ; 其 MR = 他参数含义如前所述 . 拍门的附加阻力矩为 dω ( 8) dt 式中 : C m — 附 加阻力系 数 ; Js — 附 加质量对 门轴的 MD = CmJ s 转动惯量 ,kg ・m ; 其他参数含义如前所述 . 根据动量矩定理 , 可列出拍门的运动方程为 : dω =- M MR - MD - M ) ( 9) 1 2( 正流阶段 dt dω J0 = - MR - MD + M ) ( 10) 2 + M 1( 逆流阶段 dt 2 式中 : J0 — 拍门对门轴的 转动惯 量 ,kg ・m ; 其他参 J0 数含义如前所述 . 上述两方程均可转变为关于拍门的开启角 α的 二阶微分 方程 , 解上 述两方 程可求得 角速度 的表达 式 , 然后采用分段计分法近似求解关闭历时 t .
2 2 2 浮 2
sE 2 J p( ω m) L ( 11)
且 , Jp = J0 + CmJ s 式中 : P Y — 门外水压力 ( 以静水压力计算 ) ;f — 运动 阻力的作 用 点 距 门铰 轴 的 距 离 与撞 击 中 心 距 门铰 轴的距离分别为 L1 、 L2 ; s — 缓冲橡皮块与拍门的接 触面积 ; E — 缓冲橡皮块的弹性模量 ; L — 缓冲橡皮 块厚度 ; JP — 计 及 附 加 阻 力 影 响 时 拍 门 的 转 动 惯 量 ,kg ・ m ; ω m — 撞 击 开 始 前 拍 门 运 动 角 速 度, rad/ s . 2 .2 计算结果 本案例中拍门所涉及有关参数 : 门板 厚 35 mm, 为实心球面 板 , 材 质 为铸 铁 , 见 图 4 , 泵 站流 道 出口 壁面倾斜γ为 5° , 法 兰螺栓 孔安 装角度 间隔 为 30° , 如图4 所 示对 称 均布 , 门 轴倾 角 δ为 5° , 出 口 管径 DN 为 1 200 m m, 底座与土 建连接 的 12 个孔 的直径 为Φ 32 m m, 门板与底座连接的销孔直径为 Φ 30 mm, 如图 4 所示的 L 为1 620 mm. 拍门 重 量 : M = 1 000 × 7 .9 × 0. 037 × ( 1 ×3 . 141 592 6 × 4
摘
要 : 自由侧翻式拍门是一种新型的节能型产品, 现以浙江省诸暨某泵站的 DN 1200 为例 , 研究了该拍 门的结构、
运行时的开启角度和闭门时的撞击力, 结果表明该拍门能有效地增大拍门开启角度 , 能有效 地减小撞击 力, 可显著 提高泵站运行效率 . 最后 运用 Soli dW orks 三 维建模软件 和 AN SY S 有限元 分析软件相 结合的方法 , 分析拍 门处于最 大开角时门板和铰轴处的应变和应力 , 分析结果比较符合实际情况 . 关键词 : 拍门 ; 开启角 ; 撞击力 ; 有限元分析 中图分类号 :TV547 .3 文献标志码 : A 文章编号 :1008 - 536X( 2010) 03-0005- 04
3 圆心角 ,rad ; ρ — 水 体密度 ,kg/ m ; Qt — 停泵后 t 时
刻水 泵 流 量 , m / s ; Vt — 停 泵 后 t 时 刻 出 口 流 速 , m /s;α — 拍门瞬时位置角度 ,rad . 水流冲力对门轴的力臂为 Lc = Lgcos α 置角度 ,rad . 水流冲力对门轴的力矩为 ( 2) 式中 : Lg — 拍门形心到门轴的距离 ; α — 拍门瞬时位
收稿日 期 :2010-05-09 基金项 目 :2009 年 度 浙 江 省 水 利 厅 科 研 基 金 资 助 项 目 ( RC0915 ) ; 2009 年 度 浙 江 省 水 利 厅 重 点 科 研 基 金 资 助 项 目 ( RB 0919) ;2010 年 度浙 江省水 利厅 科研基 金资助 项目( RC1022) 作者简 介 : 项 春( 1974 - ) , 女 , 浙江 永康 人 , 副教授 , 硕 士 . 主 要 从事 CAD/ CAM、 故障 诊断 、 泵 站节能 技术 研究 .
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浙江水利水电专科学校学报
第22 卷
该泵站便是一期更新 改造 工程之 一 , 现正 在工 程建 设 . 改 造 后 将 增容 至 19 .8 m / s , 装 有 900ZLB -85 轴 流泵6 台 , 电机型号 :JSL15-10 , 额定功率 315 k W, 额 定转速 585 r/ m in . 采用的拍门 为湖南 搏浪沙 有限公 司生 产 的 DN 1200 自 由 侧 翻 式 拍 门 , 拍 门 直 径 为 1 200 mm, 结 构见图 4 . 本 文将根据 该泵站 的具体参 数 , 进行开启角和 撞击力 的计 算 . 在停 泵闭 门期 间 , 在任一开启角α时 , 根据 动量 矩 定理 建立 拍门 的运 动方程 , 并求出拍门的撞前角速度 ω, 对拍 门碰撞的
3
第3 期
项
春 :DN 1200 自由侧翻式拍门在浙江省诸暨某泵站中的应用研究
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1 - cos ξ M1 = P a Lc = φ ρ Qt Vt Lg( cos α )2 2 式中各参数含义如前所述 . 假定 T B 时段内流量随时间呈直线变化 , 则
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当缓冲橡皮布置在撞击 中心 时 , 撞击 力的 计算 公式为 N = ( L1 P Y L2 f) + 2 ( L1 P Y L2 f) 2
图2 DN 1200 自由侧翻式拍门
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瞬间 , 运 用 动量 矩 定 理 , 推 导出 碰 撞 的撞 击 力 表达 式 , 并进行计算 .
图3
拍门三维实体模型
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DN 1200 自由侧翻式拍门的结构
自由侧翻式拍门的 结构与 普通 拍 门类 似 , 即由
图4 DN 1200 自由侧翻式拍门结构图
门板、 门铰、 门座和 密封件组成 , 见图 4 . 设门轴与垂 直水平面的竖直 轴夹 角( 门轴 倾 角) 为 δ , 拍 门 关闭 时过门轴的 门板 所 在平 面( 管 口 所 在 平 面 ) 与 竖直 平面的夹角 ( 垂角) 为 γ , 门 板通 过门 铰 安装 在 门座 上 , 且靠橡胶密封 止水 . 其工 作原 理是 : 拍 门铰 轴倾 斜 , 使门板倾斜 , 因此 当门板 离开 管口 位置 时 , 门重 的分力 ( 约 10 % 左右 ) 促使拍门关 闭 . 正 如停 在坡上 的汽 车 , 当 推 开车 门 时门 会 自 动关 闭 一样 . 这 种拍 门的关键是将门轴 倾斜 , 它利 用了 门重的 部分 分力 作闭门的动力 , 克 服了无 自闭 能力 的自由 侧翻 式拍 门和自由起落式拍门的缺点 . 2 .1
Appli cati on of DN1200 S i de-tur n- over F l ap Valve i n Zhuji Pu mpi ng Stati on
X IANG C hun
( Zhejiang W a ter C onservancy and H yd ropower College ,H angzhou 310018 , Ch i na) Abstract :S ide-turn-over fl ap va lve is known as a new energy -sav i ng product . The structure of the door , the open i ng angle on its runn i ng and the i m pact force on its closing a re studied i nthis paper , taking a pum ping sta ti on i n Zhu ji for ins tance . The resea rch turns out tha t the flap va lve can increase the unlock i ng ang le , w hich can greatly reduce the i m pact force and s i gnificantly i m prove the effi ciency of pum p i ng stations . The strain and s tress of the door and h i nge ax is is ana l yzed w iththe doors opened a t the l a rgest open- ang le , based on Soli dW orks 3D m odeli ng softw are and fi n ite elem ent analys is soft w a re , the results of w hich a re p roved to be m ore i n li ne w ith the actual situa tion . K ey w ord s :flap va l ve ; unlock i ng ang le ; i m pact force ; finite el em en t analysis