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.     

遥观南枢纽泵站工程水泵机组选型研究

遥观南枢纽泵站工程是新沟河延伸拓浚工程的干河枢纽工程之一,其主要任务是抽排武进港地区的水入京杭大运河,兼顾排涝。该泵站设计净扬程仅为0.7m,属超低扬程泵站。根据已建泵站工程模型泵装置试验成果,从水力性能、工程投资、施工和运行管理等方面进行综合比较,选用了已在溧阳新村枢纽成功应用的贯流泵水力模型。考虑到该泵站的最大扬程接近设计扬程的3倍,还对电机定速和调速方案进行了投资及运行成本比较,发现调速方案机泵投资较大,但运行成本的降低并不显著,因此最终采用定速方案。     

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。     

大型泵站低扬程泵装置效率指标的推算

为了合理确定我国低扬程泵装置主要工况水力性能的考核指标,以适应我国大型低扬程泵站建设事业不断发展的需要,提出建立在水泵模型同台测试试验数据和流道优化水力设计研究成果基础上的推算低扬程泵装置效率的基本方法,即:泵装置效率由泵段效率和流道效率的乘积得到,其中,泵装置中的泵段效率由同台测试结果经修正后得到,流道效率由流道水力损失及泵装置扬程计算得到;应用该方法推算了大型泵站贯流泵装置和立式泵装置模型主要工况的效率考核指标。     

强潮河口排涝泵站特征扬程确定及水泵选型对策

强潮河口排涝泵站由于外江水位变动大,运行扬程范围宽,导致水泵选型困难。本文通过对规范规定的感潮河段泵站扬程取用规定和工程实际取用情况的对比分析,认为在强潮河口按规范规定的方式确定泵站特征扬程并据此选定水泵,运行时遇强潮需关机停泵,可能错过最佳排涝时机,加重城市内涝。对运行扬程范围较大的泵站,理论上采用变频调速技术可以很好地解决水泵对扬程变化的适应性。但由于高压变频设备价格昂贵,制约了变频调速技术在排涝泵站中的应用。提出在确定强潮河口排涝泵站特征扬程时应合理分析内外水位组合出现的概率,缩小泵站运行扬程范围,方便水泵的选型。如果还是无法解决,可通过设置两种不同扬程水泵组合及人为抬高出水池水位的方式来保证泵站的安全高效运行。     

我国大型低扬程水泵的最新研究

为配合南水北调东线工程大型低扬程泵站建设，经多家单位十几年来的共同努力，经过科研攻关，获得一系列性能优秀的水力模型，这些模型的开发研制，了国内没有轴伸泵、灯泡贯流泵模型的空白，结束了我国低扬程水平不高，品种单一，规格不全的状况，基本完善了低扬程水泵型谱，而且参数先进，居国内领先水平，部分模型的主要指标已超过国外同类泵装置水平 。     

低扬程泵站更新改造关键技术

合理地选择设计流量和如何使水泵在特征扬程变化的情况下保持较高的效率是泵站改造的关键。如果设计流量偏大，水泵内部的流速变大，空化性能下降，可能产生空蚀振动。对于扬程变幅较大的泵站，应当采用定制式设计方法为泵站专门开发高效区宽广的水力模型，提高泵站的平均效率。     

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.     

淮阴抽水站加固改造水泵装置模型试验分析

为保证淮阴抽水站加固改造工程水泵选型合理且水泵装置水力性能优越,本文采用物理模型试验方法测试了不同叶片安放角下的效率特性、空化特性和飞逸特性等。结果表明,SA6 Block II水力模型高效区范围较宽,高效区向平均扬程移动,有利于提高泵站的平均效率;在多年平均扬程、规划平均扬程、设计扬程及最大扬程下均满足装置效率要求,最高扬程内的最大飞逸转速均未超过国家规范要求的额定转速的1.8倍,此水力模型满足淮阴抽水站工程需求。     

低扬程双向排灌站的泵型与布置形式

本文根据低扬程双向排灌站的特点，分析了单向轮配双向流道型和双向叶轮配单一流道型两种不同泵型和布置形式的优缺点，指出对运行条件和要求不同的双向排灌站应采用不同的徇指标进行技术经济比较，选择最佳方案，以及方案选择时应注意水泵振动，泵站自排自引和依据模糊评判理论进行综合评判等问题。     

南水北调东线淮安二站泵装置模型试验研究

泵装置模型试验是检验和优化泵装置水力性能的重要手段。根据南水北调东线工程淮安第二抽水站的改造需要,为了进一步检验预测泵装置的水力性能,在河海大学水力机械多功能试验台上对淮安第二抽水站立式全调节轴流泵装置进行了能量、空化以及飞逸转速等方面的试验研究。试验结果表明,装置在水泵工况和飞逸工况下均能够安全、稳定地运行,而且也能够满足淮安第二抽水站改造的设计要求。对研究背景、该泵站的主要技术参数、试验的主要内容及其不确定度分析,装置模型的主要参数和试验条件、水泵工况模型的试验结果、原型装置的飞逸转速、原型的换算条件及结果等情况进行了介绍。     

南水北调工程北京大宁调蓄泵站流道比选与优化研究

北京大宁调蓄泵站是大宁调蓄水库的重要组成部分,对解决南水北调来水与北京需水过程不匹配问题起着重要作用。根据泵站特点选定立式潜水导叶式混流泵为工程的合理泵型。通过三维紊流模型对肘形、簸箕形进水流道内水流流态进行数值模拟,预测和评价流道的水力特性,综合考虑水力性能和施工方便性,选用簸箕形进水流道。为进一步提高水泵的装置效率,对簸箕形流道进行优化设计,有效地改善了水泵的进水条件,装置最高效率提高了1.08%。本工程的研究成果可为类似工程设计提供参考。     

惠南庄泵站水泵结构特点与性能分析

惠南庄泵站采用大型卧式双吸离心泵,为大流量、高扬程、大变幅、高效率水泵,目前在国际同类型泵中处于领先地位。设计中针对泵站流量、扬程变幅大,年运行时间长等特点,以计算流体动力学CFD为基础,分析和预测了大型高扬程水泵动态特性,研发了先进的水力模型及特殊的结构设计,并采用了大功率水泵变频调速技术。这不仅满足了泵站大幅度流量调节,而且确保了机组安装检修方便,抗汽蚀性能优、安全平稳、高效节能。泵站流量大幅度调节并结合小流量自流,实现了南水北调北京段输水流量过程的无缝衔接,提高了我国大型泵站技术装备水平,推动了我国大型高扬程水泵机组的科技进步。     

基于抽水装置特性曲线校正的泵站优化模型

受运行时长、安装位置等多种因素影响，水泵装置理论特性曲线难以准确描述实际抽水装置的运行特性，导 致通过以其为基础所构建的泵站优化模型计算得到的运行方案偏离实际。基于水泵理论曲线提出数据和机理双 重驱动的参数辨识方法校正水泵装置特性曲线，通过对实测数据进行多项式拟合校正装置效率曲线，以实测数据 诱导转速理论曲线整体平移可实现装置转速曲线的校正。以南水北调东线工程的泗洪泵站为例，构建考虑机组 差异特性的泵站优化模型。结果表明：经过校正，效率曲线与实测数据的符合程度从校正前的 0.60 提升至 0.99， 转速曲线与实际的平均绝对误差比校正前降低了 0.23?r/min；基于装置特性曲线校正的差异特性站内优化分配方 案更加贴近实际运行情况，相比历史运行方案平均降低 10.1% 的能耗，可实现泵站高效运行与调度目标的精细控 制。利用实际运行数据对泵组装置特性曲线进行校正可有效加强泵站优化分配方案对实际调度的指导作用。     

低扬程泵站直管式出水流道优化设计计算及模型试验研究

针对低扬程泵站直管式出水流道水力设计中存在的问题，采用CFD理论对其进行了优化水力计算，并采用流道模型试验的方法对理论计算结果进行了验证。这种将数值模拟计算与流道模型试验相结合的方法，已应用于南水北调东线一期工程台儿庄泵站设计中。     

梯级泵站的提水效率评估模型与方法

针对我国部分梯级泵站存在的流量监测设备不完善、泵站提水效率评估困难的问题,通过分析影响泵站提水效率的主要因素,提出了泵站提水效率评估的模型。将该模型运用于甘肃景泰川电力提灌一期工程的提水效率分析,结果表明,水泵的设计扬程和铭牌扬程匹配良好,模型计算结果和工程实际的运行效率相吻合。     

南水北调东线台儿庄泵站水泵装置优化选型设计

针对南水北调东线台儿庄泵站低扬程的特点，对国内目前已有的优秀水力模型进行了综合技术比较，最终选定TJ04-ZL-19水力模型；采用CFD理论和技术对初步设计阶段选用的肘形进水、直管式出水流道进行了数学模型计算和优化，并通过透明流道模型试验对理论计算结果进行了验证。最终的水泵装置模型试验结果证实了台儿庄泵站水泵装置的水力设计达到了预期的要求。     

大套一站水泵装置模型试验研究

大套一站是集灌溉、排涝、降渍等多功能于一体的水利工程。为了保证大套一站安全与高效运行,在初步设计阶段运用计算流体动力学方法,对大套一站进出水流道进行了水力设计优化。优化设计结果表明,水泵的进水条件得到了改善,进出水流道的水力损失明显减小,水泵装置效率得到了提高。为了验证优化设计的效果,进行了水泵装置模型试验。更多还原