长沟泵站泵装置流道优化与选型研究

经对南水北调长沟泵站肘型和钟型进水流道分别与平直管式、低驼峰式、虹吸式出水流道组合成10个装置流道方案,进行水力优化设计和CFD计算分析,优选出较佳的2种进水-出水流道与优选的2个转轮模型,再组合成4组泵装置,进行装置模型同台对比试验。试验所得最优泵装置即TJ04-ZL-06模型转轮配肘型进水流道-低驼峰出水流道,在设计工况（对应泵站平均扬程3.66、流量33.5m3/s）时装置效率达78.2%,综合性能达到了较理想的目标,大大提高了装置效率和叶轮中心安装高程,不仅减少了工程投资还节约了年运行费。     

立式轴流泵装置进出水流道多方案优选

为了提高立式轴流泵装置的水力性能,基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用CFD技术对轴流泵装置肘形进水流道和虹吸式出水流道进行多方案的数值优选,获得了不同方案各流量工况时流道的内流场和静压分布图,对比分析了不同方案进出水流道的水力损失。结果表明:在叶片安放角为-4°,最优工况Q_d=214.3 r/min时,肘形进水流道加长1.0 m,流道最低点高程下降0.2 m为优选方案,进水流道出口流速均匀度最高,水力损失相对较小;虹吸式出水流道长度不变,驼峰位置不变,驼峰高度降低,流道出口流速加大,流道出口底部高程抬高0.45 m为优选方案,该方案消除了虹吸式出水流道下降段的回流现象,同时水力损失相对较小。     

整流罩在泵站肘形进水流道中的应用效果分析

肘形进水流道广泛应用于大型低扬程泵站,其弯曲段的内侧与外侧曲率半径相差较大,故流道出口存在较严重的流动不均匀性,从而影响泵站工作效率。针对此问题,本文设计了一种装在肘形进水流道末端的整流罩,并采用计算流体力学方法对传统肘形进水流道和加装整流罩的进水流道进行了对比分析。研究发现,传统肘形进水流道在弯曲段内,内侧流速比外侧流速高28.4%。在进水流道末端加装整流罩之后,进水流道出口速度分布均匀度基本保持不变,但设计工况下出口水流平均偏流角由原来的13.1°减小至4.3°,降低70%以上,水泵扬程增加2.3%,水泵效率增大2.5%。上述结果表明,整流罩在减小了进水流道出口水流平均偏流角之后,使水泵进口流态得到改善,从而降低了泵内流动损失,提高了水泵扬程和效率。该项研究工作对改善大型泵站水力设计,提高泵站运行效率具有参考价值。     

大型低扬程泵装置水力设计关键技术的创新与发展

我国低扬程泵站建设的水平经历了由低到高的发展过程,特别是南水北调东线一期工程的建设,促进低扬程泵站的关键技术取得了长足的进步;为进一步满足南水北调东线二期工程等重大工程大型低扬程泵站的需要,对南水北调东线一期工程低扬程泵装置水力设计的关键技术进行了较为系统的总结和提炼.结果 表明:南水北调工程水泵模型及水泵装置同台测试为保障我国低扬程泵装置水力设计质量作出了重要贡献;大型低扬程泵装置的水泵选型新方法可保证低扬程泵站设计扬程工况位于泵装置高效运行区、最高扬程工况位于稳定运行区;采用分层次优化水力设计方法可以有效完成低扬程泵装置流道优化水力设计工作;立式低扬程泵装置宜优先采用肘形进水和虹吸式出水流道;对于特低扬程泵站宜优先应用前置竖井贯流式泵装置,可满足结构稳定和水力性能优异的要求;为实现泵站工程整体最优化设计,需要采用泵装置水力设计与泵房水工设计、结构设计之间的协同优化设计方法.     

大型竖井贯流泵站出水流道的水力性能分析

对于低扬程泵装置,出水流道的水力性能对水泵装置性能影响较大。以浙江省某大型竖井贯流泵站出水流道的设计资料为研究背景,根据出水流道的水力设计要求,将流道水力损失最小作为优化设计目标函数,通过确定流道控制尺寸和设计流道型线,给出了出水流道的两种设计方案。采用流道数值模拟方法,对两种设计方案分别进行了数值模拟计算和水力性能分析比较。分析结果表明,流道控制尺寸对流道水力性能和泵站土建费用影响较大,其值在允许范围内应尽可能小;流道型线影响流道水力损失,在控制尺寸一定的条件下,流道型线应进行细致的优化。     

前置竖井式贯流泵装置进出水流道水力设计标准化

借鉴水轮机尾水管水力设计标准化的成功经验, 为使优秀的前置竖井式贯流泵装置在我国低扬程及特低扬程 泵站得到更多更好地应用, 对前置竖井式贯流泵装置流道水力设计标准化进行了较为深入地研究。按满足工程应 用实际需要和分档方案不过于繁多的原则, 在常用值取值范围内对进、出水流道水力设计系列方案进行合理分档; 以竖井宽度和水泵名义平均流速为关键参数, 将进水流道划分为 24 种水力设计标准化方案; 以出水流道出口断面宽度和水泵名义平均流速为关键参数, 将出水流道划分为 17 种水力设计标准化方案; 经优化水力设计计算, 所述进水流道 24 种方案和出水流道 17 种方案的水力性能优异。前置竖井式贯流泵装置流道水力设计标准化研究工作在国内外尚属首次, 对提高低扬程泵站的设计水平具有重要意义。     

大中型轴流泵站采用钢制流道的水力分析及振动研究

正以淮河入海水道二期工程渠北排灌处理工程中大型轴流泵站为依托,对泵站采用钢制流道进行了水力分析和振动研究。开展了轴流泵泵装置三维湍流流动数值模拟分析和优化水力设计研究,钢制流道合理分段数值计算研究,钢制结构流固耦合计算和耦联振动研究。针对典型泵站采用异形钢制流道,通过CFD数值模拟,优化提高了钢制进、出水流道的水力性能,提出了钢制肘形进水流道肘弯段和出水流道弯管段的合理分段方案,建立了全过程模拟钢制流道、流道内水体、机墩以     

大寨河双向流道泵装置模型试验及压力脉动分析

本文以大寨河泵站双向流道泵装置为研究对象,展开了泵装置能量特性、汽蚀特性、压力脉动特性及飞逸特性的模型试验研究,获得大寨河泵装置性能对应安全高效运行范围。结果表明,泵装置在叶片安放角-2°时,模型泵装置设计扬程处满足流量要求,泵装置效率为73.6%,扬程在1.0～4.0m运行工况范围内临界汽蚀余量均在6.0m以内,1.0m以下扬程汽蚀性能急剧变差。     

低扬程泵装置选型设计一些问题的思考

从泵装置效率和流道效率的定义出发，分析了影响低扬程泵装置效率的主要因素，提出可采用流道水力损失较小的泵装置形式、适当增加水泵叶轮直径和对流道型线进行充分的优化水力设计等三种途径来减少低扬程泵装置流道水力损失；简要分析了贯流泵装置的分类和三种形式半贯流式泵装置的异同点；提出了进、出水流道优化水力设计的目标和评价流道水力损失的方法；简要分析了泵装置水力性能几种研究方法的特点及相互之间的关系。面对大型低扬程泵站建设不断提高的要求，提出：在低扬程泵装置水力设计的研究方面需进一步贯彻科学发展观，提倡多元化的研究和设计理念，深入细致地做好相关的技术准备工作，对水力性能、设计、制造、运行、管理和投资等方面进行多方案、全方位的综合比较。     

开敞式双向泵装置出水锥管的优化设计

为满足排涝和抽引双重功能,节省土建投资,并且考虑到两种工况下设计扬程和校核扬程相差较大,新建的澡港泵站采用了开敞式双向流道泵装置结构型式,在大多数引水工况下,出水流道的顶板不被淹没,流道内具有自由表面。在分析澡港泵站开敞式双向进出水流道设计特点的基础上,运用计算流体动力学方法,对进水流道、叶轮、导叶、出水流道及门槽等进行了全流道内部流动数值仿真,对出水锥管进行了水力设计优化和装置性能预测。通过多方案比较出水流道的水力损失和装置效率,优化出水锥管设计参数。在设计工况下,优化设计方案对应的装置效率达到了66.05%,优化设计效果明显,有效地提高了澡港泵站的工程效益。     

密云水库调蓄工程水泵装置模型试验及分析

南水北调来水调入密云水库设九级梯级泵站,其中七级低扬程泵站中近半数为超低扬程泵站,净扬程小于2 m,为保证超低扬程条件下泵装置具有较好的水力性能,针对泵站的进、出水流道进行水力优化设计及泵装置模型试验研究,并通过天津同台测试模型进行验证。经过水力优化设计的泵装置在扬程低于2 m的条件下水力性能优异,满足合同规定要求,对于年运行时数长的供水泵站可降低能耗,且运行安全可靠。     

低扬程立式泵进水流道基本流态及水力性能的比较

采用数值计算和模型试验的方法分别研究了低扬程立式泵装置常用的肘形、钟形和簸箕形等三种形式进水流道的基本流态,给出了表达这三种形式进水流道水力性能的主要指标。结果表明:三种形式进水流道都可为水泵叶轮室进口提供良好的进水流态,但流道水力损失差别较大;肘形进水流道流态简单、水力损失小,钟形和簸箕形进水流道的流态较复杂、水力损失较大;对于年运行时数较多的大型泵站,宜优先选用水力性能最好的肘形进水流道。     

灯泡贯流泵装置的优化水力设计

采用CFD理论应用Fluent软件对某低扬程泵站灯泡贯流泵装置进行了三维湍流数值模拟及其优化水力设计,并采用透明流道模型试验验证了该优化设计.研究结果表明:灯泡贯流泵进、出水流道的控制尺寸及过流边界的形线对贯流泵装置的水力性能具有较为明显的影响;借助于三维湍流数值模拟方法可逐步优化其水力性能,且在设计流量下工作时的流道水力损失可控制在较小的范围内.前置灯泡贯流泵装置具有更好的水流条件,其水力 性能优于后置灯泡贯流泵装置.采用数值模拟得到的贯流泵装置流道的内部流态及其水力损失与流道模型试验得到的结果基本一致,表明采用数值模拟方法得到的灯泡贯流泵装置优化水力设计的结果是可信的.     

低扬程水泵选型新方法

通过理论分析和模型试验 ,研究泵与泵装置特性的关系 .进出水管道水力损失占泵站净扬程的比重越大 ,泵装置最高效率点的流量越小 ,而泵装置最高效率点的扬程与最高效率点的泵段扬程基本一致 .为保证泵装置运行在高效率点 ,所选用泵的扬程应与泵站净扬程相当 ,而流量必须加大 ,据此提出泵的等扬程加大流量选型方法     

基于CFD模拟的大型低扬程泵站低驼峰式出水流道水力优化研究

低驼峰式出水流道结构设计不当易引发偏流现象,将严重影响大型低扬程泵装置的安全稳定运行。依据浙江省某泵站的有关参数,采用三维数值计算的方法,对泵站整体模型水流流场进行模拟,并通过物理模型试验进行计算可靠性验证。结果表明,湍流模型Realizable k-ε的计算结果与试验结果最接近;泵站低驼峰式出水流道空间流线随过流断面的扩散而扭曲,其扭曲程度随流量的减小而加强;在低驼峰式出水流道中设置中隔墩有助于优化流场,但会使低驼峰式出水流道的水力损失增加;通过对不同几何参数的中隔墩进行多方案比较,发现在低驼峰式出水流道中设置长为3.90D、宽为0.10D的中隔墩流场优化效果最佳。研究结果可为同类型泵站工程优化设计提供一定借鉴。     

泵站“S”型进、出水流道优化设计研究

为提高王道泵站泵装置的效率和运行稳定性,本文通过CFD软件对不同流道设计方案的流态进行模拟计算,根据模拟计算结果评价、比选流道方案。模拟计算结果较好地揭示了不同方案泵装置的外特性及内流性能,通过对比可以发现：经优化后的泵装置进、出水流道无漩涡、脱流等不良流态;水泵叶轮进口断面流速均匀度经优化后达96.45%,流速加权平均角达86.87°;泵装置水头损失较小且仅为0.419 m,装置水力效率高达78.1%。经优化后的泵装置效率高、运行稳定性好,各项水力性能指标均达到同类型国内泵站的先进水平,优化过程可以为同类型泵站的设计选型提供参考和指导。     

基于CFD方法的竖井贯流泵装置进出水流道优化设计

运用计算流体动力学方法,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,针对通吕运河水利枢纽工程贯流泵装置特征扬程和设计参数对全流道进行数值模拟,在给定的水位资料和土建控制尺寸范围内,对竖井贯流泵装置进、出水流道进行了CFD分析和水力设计优化。通过对三种不同竖井宽度的进水流道内部流态分析、水力损失计算和泵装置效率预测,优选竖井最大宽度确定为5.4 m,该方案设计工况下进水流道水力损失为0.053 m。通过对三种不同出水流道设计方案内部流态分析、对水泵的效率影响和水力损失计算,上翘角对直管出水流道内部流态、水力损失和泵装置效率产生一定的影响,对比分析采用底部上翘角为3.56°的直管式出水流道具有较优的水力性能,且采用该方案时挡土翼墙高度可减少约1 m。竖井贯流泵装置内流CFD分析与进出水流道优化设计可为同类型泵站的设计提供优化参考。     

刘老涧站水泵机组设计及选型

根据规划设计方案,刘老涧站设计流量为80 m3/s,通过模型装置性能试验,选用TJ04-ZL-23水力模型进行初步设计,确定原型泵的装置性能曲线,结合泵站扬程和流量的要求,确定原型水泵和配套电动机各种参数。由导流方案、膨胀土处理及泵装置优化等因素,确定了原型水泵的转速,并选定TJ04-ZL-06水力模型进行设计。根据水力损失和临界汽蚀余量推算出安装高程,根据刘老涧站的扬程变化范围和年运行时间,为保证泵站高效运行以及流量调节的灵活性,采用叶片液压全调节方式,并根据刘老涧站工程特点和实际情况采用肘形进水流道、虹吸式出水流道、真空破坏阀断流,从而最终确定该站原型机组主要参数、水泵主要部件的结构及选材。     

两种簸箕形进水流道泵装置数模分析与比较

利用三维湍流数值模拟方法分析比较了两种流道在带泵与不带泵情况下进水流道的出口流场情况以及流道水力损失情况。研究结果表明,两流道在各工况下,内部流态良好,无漩涡或脱流。水流在到达两流道出口断面时速度均匀度已经比较理想分别达到94.40%和94.58%,速度加权平均角分别达到89.9°和89.9°。泵装置的计算结果表明叶轮旋转对水流流速均匀度的影响较为明显,而对水流速度加权平均角的影响微小。水泵叶轮旋转对进水流道的水力性能会有一定的影响,泵装置水力特性并不是泵水力特性和流道水力特性的迭加。在大流量工况区流道形式1的水力性能稳定性要稍优于流道形式2。更多还原     

特低扬程泵站水力性能研究

采用数值计算和物理模型试验方法研究特低扬程泵站的水力性能,并以苏州市东风新平面S形轴伸泵为例,对其内、外特性,包括装置的水力性能、流道沿程典型断面流速分布、空化特性及进出水流道的水头损失进行分析研究。通过对数值模拟计算及物理模型试验成果的逐项对比,证明数值模拟方法在特低扬程泵装置性能研究中具有良好的应用价值,特别是在高效率附近区域,数值模拟计算成果具有良好的精度。对断面流速分布和流道水力损失等内特性的进一步分析,揭示了不同工况下泵站性能差异的原因,为进一步优化流道型线提供了依据。