大型潜水贯流泵装置及泵站结构型式研究

研究开发了我国叶轮直径最大的卧式潜水贯流泵装置,单泵设计流量为10m3/s,叶轮直径为2m。该成果在采用三维湍流流动数值计算对潜水贯流泵装置优化水力计算、潜水贯流泵装置模型试验、大型潜水贯流泵结构设计、泵站站身及厂房结构型式等方面进     

大型潜水贯流泵装置设计与应用

潜水贯流泵装置具有进出水流道顺直、水力损失小、泵装置效率高、土建结构简单、开挖深度小等突出优点。针对江苏省通榆河北延送水工程灌北、善南泵站特点,采用了单泵设计流量为10m3/s、叶轮直径为2m的卧式潜水贯流泵装置,这是目前我国叶轮直径最大的卧式潜水贯流泵装置。工程实践证明,潜水贯流泵装置应用于低扬程大流量泵站是可行的,在特低扬程下,可获得较高的泵装置效率。     

大型潜水贯流泵机组的研发设计和应用

通过对泵站机组结构形式设计、潜水贯流泵装置模型试验、工厂制作及真机试验等方面的研究,结合潜水贯流泵的自身特点,在特低扬程的情况下,选用单泵设计流量为10m3／s、国内最大叶轮直径为2m的卧式潜水贯流泵装置,可获得77％以上的泵装置效率。     

潜水贯流泵装置在扬州闸泵站中的应用分析

扬州闸泵站具有抽排和抽引的双重作用,其抽排设计净扬程为2.44 m,设计抽排流量为72 m3/s,抽引设计净扬程为0.65 m,设计抽引流量为29 m3/s,属于大(Ⅱ)型泵站.针对扬州闸泵站的功能需求及扬程特点,对4种不同型式的贯流泵装置方案进行了比选,最终确定采用潜水贯流泵装置型式,对比了单向潜水贯流泵装置电机前后置方案,分析了电机前后置对泵装置能量性能及内流场的影响,电机后置方案明显优于电机前置方案,该泵装置结构型式的应用可为同类型泵站的选型与设计提供一定的技术参考.     

低扬程双向运行水泵选型研究

以上海杨树浦泵站为例,对立式轴流泵和潜水贯流泵进行了比选,并对推荐的潜水贯流泵进行了装置性能研究。结果表明:S形叶片潜水贯流泵避免了潜水泵整体掉头,装置结构简单,安装容易,流量充足,与采用双向流道的立式轴流泵相比,其土建工程量和费用都较小,易与周围景观配套。S形叶片潜水贯流泵正、反向运行时最高效率差异很小,大大提高了反向运行的水力性能,且能够适应低扬程运行,尤其在土地资源紧张的城市防洪工程中优势更明显。     

可调导叶对双向潜水贯流泵装置性能影响的试验分析

为确保扬州闸泵站双向潜水贯流泵装置水力性能的优异性，采用物理模型试验方法测试了配有双可调导叶的双向潜水贯流泵装置的能量性能、空化性能和飞逸特性，并对比分析灯泡体位置对双向贯流泵装置水力性能的影响。结果表明：在排涝工况时泵装置采用后置灯泡体（HZ），引水工况为前置灯泡体（QZ）的技术方案。叶片安放角-2°时，扩散可调导叶的调节角20°下HZ泵装置效率为66.2%，流量为267.03 L/s；直可调导叶的调节角12°下QZ泵装置效率为64.1%，流量为250.46 L/s。在排涝工况最高扬程3.81 m时，叶轮的必需汽蚀余量为6.9 m；在引水工况最高扬程1.2 m时，叶轮的必需汽蚀余量为5.8 m。在校核电机和水泵强度时建议采用2.5倍额定转速，确保电机和水泵能在排涝工况381.42 r/min时运转2 min以上。     

灯泡贯流泵流道模型水力损失的测试

为了配合某大型泵站贯流泵装置的优化水力设计研究工作,本文提出了设计专用模型试验装置,将贯流泵装置进水流道和出水流道从水泵装置模型中分离出来分别进行模型试验及水力损失测试的方法。介绍了新方法所采用的测试装置及测试设备、试验准则、水力损失计算方法等有关问题。采用本文的方法对某泵站前置灯泡和后置灯泡贯流泵的进、出水流道分别进行了模型试验,测试了流道水力损失。试验结果表明:采用新方法进行贯流泵进出水流道水力损失的测试,可以较为方便地得到准确的结果;贯流泵装置进、出水流道的水力损失与灯泡布置的位置密切有关。     

消除灌北、善南泵站机组噪音的方案比选及实施效果

1工程概况灌北泵站与善南泵站是江苏省通榆河北延建设送水工程的第二、三级泵站,分别位于连云港市灌南县长茂镇与海州区板浦镇境内,泵站结构形式一样,都采用无厂房设计,机组都为10m3/s卧式潜水贯流泵,电动机单     

前置竖井式贯流泵装置水力设计标准化可行性研究

前置竖井式贯流泵装置具有水力性能优异、结构简单、电机通风散热条件较好、安装检修较方便和投资较少等优点,近10年来已在低扬程泵站得到十分广泛的应用。为保证前置竖井式贯流泵装置水力设计水平和提高泵站建设质量,提出对前置竖井式贯流泵装置水力设计进行标准化研究。分析了前置竖井式贯流泵装置水力设计标准化的有利条件:(1)前置竖井式贯流泵装置进水流道、竖井和出水流道主要控制尺寸相对值的离散性较小;(2)与前置竖井式贯流泵装置配套应用的4种水泵模型主要尺寸相同;(3)基于CFD的低扬程泵装置进、出水流道优化水力设计理论及方法已较为成熟。因此,对前置竖井式贯流泵装置进行水力设计标准化是可行的。     

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.     

灯泡贯流泵装置的基本流态分析

为了回答灯泡贯流泵装置中的灯泡体究竟应该前置还是应该后置的问题,应用水泵装置三维湍流数值模拟的方法分别研究了南水北调东线工程某泵站前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置两个不同方案的流态,揭示了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置的基本流动属性;数值模拟的结果得到流道模型试验的验证。研究结果表明:前置灯泡贯流泵装置的进、出水流态均匀平顺,水力损失较小;后置灯泡贯流泵装置的进水流态均匀平顺,但出水流道内存在明显的偏流和旋涡流动,水力损失较大;灯泡体前置符合水力学的基本原理,是获得最佳灯泡贯流泵装置水力性能的必要条件之一。     

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。     

基于熵产理论的竖井贯流泵流动损失特性

为了研究竖井贯流泵流动损失特性,基于URANS方法,采用FBM-CC湍流模型对竖井贯流泵内部流场进行了非定常计算,并利用熵产理论对不同流量工况下竖井贯流泵各部件的流动损失特性进行了定量分析。结果表明:FBM-CC湍流模型能够有效预测竖井贯流泵水力性能,与试验结果较为吻合;竖井贯流泵流动损失从大到小依次为叶轮段、出水流道、导叶体、进水流道;叶轮段能量损失的主要来源是湍流耗散,其熵产比率最高可达92%;涡流和流动分离导致出现局部高熵产区域;临界失速工况叶轮轮毂处存在大量涡流,轮缘处流动相对较稳定;深度失速工况受叶顶间隙泄漏流影响,叶轮进口轮缘处出现流动分离,随着流量进一步减小进水流道流态受到影响,叶片前缘出现分离涡。     

低扬程灯泡贯流泵水力特性及内部流场数值模拟

为了更加深入地研究灯泡贯流泵及其后置导叶的水力性能,采用CFD方法,借助于RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLIEC算法,对灯泡贯流泵装置全流道进行了数值模拟,分析了其在4种特殊流量工况点下机组后置导叶的流动特性,研究了灯泡贯流泵的内部流动特征。结果表明:在最优工况点时,泵装置的内部流态较好,水流平直顺畅,导叶的导流作用最好;在小流量工况下,泵叶轮进口处出现了大范围的回流、漩涡区,叶轮出口处出水流的流态紊乱,相邻叶片翼型周围有明显的回流区,后置导叶翼型周围的流态紊乱,存在大范围的不良流态区域;在大流量工况下,叶片周围流态较好,出水流态内的回流区较少,但导叶周围的流态较差。可见,后置导叶对叶轮出口处水流的导流作用明显,偏离最优工况时,导叶区的水力损失较大。     

后置灯泡贯流泵装置“马鞍”区数值模拟

"马鞍"区是指轴流泵装置在扬程-流量曲线上小流量工况时的扬程随着流量的减小而出现先减后增的一段区域,在该区域内,泵装置运行状况极不稳定。以南水北调东线淮安三站的后置灯泡贯流泵装置为研究对象,采用ANSYS-CFX数值模拟与模型试验相结合的研究方法,计算并分析了"马鞍"区的流动特性,并将其与设计工况时流动特性进行了对比。结果表明:泵装置运行在"马鞍"区时,进水流道出水断面轴向速度的分布均匀度与速度加权平均角,前、后导叶体段的水头损失,过流部件内部流速场与压力场的分布等指标,均达不到设计要求;在"马鞍"区工况内,大流量时的水力性能要优于小流量时的水力性能。     

低扬程泵装置优化水力设计的关键问题

对低扬程泵装置的优化水力设计问题进行了较为深入的研究.将低扬程泵装置效率分解为水泵效率和流道效率两个方面,讨论了泵装置中泵段的概念和泵段效率的修正等问题,分析了流道水力损失对流道效率及泵装置效率的影响,通过实例说明了流道内的流速和流态对流道水力损失的影响,得到以下结论:在低扬程条件下,尽可能减小流道水力损失是提高泵装置效率的关键;减小流道水力损失的关键是降低流道内的流速和改善流道内的流态,其途径主要包括选择水力性能最优的泵装置型式和流道型式、适当降低水泵的nD值、选择更优秀的水泵水力模型、适当放宽流道控制尺寸、对流道型线进行充分的优化水力设计等.     

水泵叶轮直径对低扬程泵装置水力性能的影响

采用数值计算的方法,分别计算了具有不同水泵叶轮直径的立式轴流泵装置和灯泡贯流泵装置的流道水力损失,比较了水泵叶轮直径对流道水力损失的影响;根据叶片泵的相似律,分析了在一定设计流量条件下水泵叶轮直径与nD值的关系以及对水泵选型设计的影响。结果表明：选取较大的水泵叶轮直径将显著提高流道效率和泵装置效率;＂增径降速＂与降低nD值是一致的;在泵装置扬程较低的情况下,选取较小的nD值便于选用到水力性能较好的轴流泵水力模型。     

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。