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。     

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。     

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。     

如皋焦港泵站大型潜水卧式贯流泵装置CFD分析与建议

以如皋市焦港泵站为例,通过泵站水泵装置CFD数值仿真计算,在特征扬程工况下,进行包括潜水贯流泵机组、进水流道、出水流道、闸门槽、拦污栅槽在内的泵装置全流道数值模拟,并优化设计进、出水流道型线单线图,给出进出水流道水头损失CFD计算结果。     

双向超低扬程泵装置流动数值模拟

针对可用于双向抽水的一种新型双向超低扬程泵装置,基于CFX软件对泵装置进行三维流动数值模拟,分析了泵装置的内部流动特性,并对泵装置的整体性能作出了预测。计算结果表明:在设计工况(流量Q=4.8m~3/s)与大流量工况(流量Q=5.4m~3/s)下,叶轮进口断面流速均匀度达到90%左右,叶轮进口断面流态良好,足以保证水泵的性能,扩散导叶出口断面流线较为平顺,扩散导叶对水流速度环量的回收较好。泵装置进水水力损失较小,出水水力损失较大。该装置在设计工况(流量Q=4.8m~3/s)下的效率最高,达到71.09%,对应的扬程为1.345m,泵装置高效区运行的流量范围较大。新型双向超低扬程泵装置在自流引排水且实际扬程很低的沿江滨湖地区,是一种可取的方案。     

灌北、善南泵站潜水贯流泵装置的水力特性研究

通榆河北延送水工程灌北泵站和善南泵站扬程低且年运行时间较长,为得到较高的泵装置效率,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。采用三维湍流流动数值计算和模型试验的方法,分别对这种型式泵装置的内外水力特性进行了研究,表明卧式潜水贯流泵装置具有水流平顺、均匀和流道水力损失小的优点,水力性能十分优异。     

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.     

大型低扬程开敞式泵站性能测试研究

苏南某泵站机组进出水流道结构改造之后,对该泵站的性能参数进行了现场测试。对该泵站机组流量进行测量,测试的误差为±0.53%。利用泵站的自动采集系统测得扬程和功率,通过效率的计算公式,得到该泵站在不同工况下的效率值。利用CFD软件建立该泵站的泵装置三维模型,并进行数值模拟计算,得到水力性能参数。将现场测试的结果与数值模拟结果相比较,结果表明,数值模拟的结果与现场测试的结果较为吻合,设计工况下,效率的误差为±1.25%,数值模拟方法具备较高精度,其结果可靠性较高。对泵装置内的水流流态进行分析,进水流道和出水流道封闭侧的漩涡影响该泵站泵装置的效率。     

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.     

45°斜式轴流泵装置的流动特性分析与实验

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用CFX软件计算了对某一45°斜式轴流泵装置在额定转速下210 L/s~370 L/s流量范围内多个工况点的内部。分析了进、出水流道的流动特性,重点研究了旋转叶轮对进、出水流道内流场及水力性能的影响,预测了泵装置的水力性能。通过计算得出泵装置的水力性能,并与泵装置模型试验结果比较,表明斜式轴流泵在低扬程泵站中具有较优的性能特性。研究结果对低扬程泵站的水力设计具有重要的参考价值。更多还原     

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。     

CFD在大型潜水贯流泵装置优化设计中的应用

采用计算流体动力学(CFD)方法,借助于Fluent软件,对通榆河北延送水工程灌河北泵站大型贯流潜水泵装置进、出水流道三维湍流流态开展数值模拟,并与模型试验、真机试验结果进行比较分析。结果表明,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;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有较为明显的影响。通过采用CFD方法对泵装置内部流场状态进行研究,对减少泵内部涡流、提高泵站效率具有重要的意义,并可为预测水泵性能、优化泵型和改进设计提供理论依据。     

箱涵式泵装置的数值模拟研究

采用基于CFD数值模拟计算研究箱涵式泵装置的水力性能,对泵装置不同流量工况点进行数值计算并分析。结果表明:在设计工况下,泵装置运行效率较高,最高效率可达到70.04%,对应的扬程为1.736m,最高运行扬程与最优运行扬程比值达到2.3,说明了该箱涵式泵装置非常适用于扬程变化较大的泵站,同时进水流道的水力损失随着流量的增加而增大,出水流道的水力损失随着流量的增加先减小再增大,在设计工况附近出水流道水力损失最小。     

斜式轴流泵装置出水流道偏流特性研究

斜式轴流泵是大流量低扬程提水领域的一种典型泵型,但其在某些工况下存在严重偏流问题,是影响斜式轴流泵站安全稳定运行的工程难题和关键科学问题。本文以浙江盐官泵站15°斜式轴流泵装置模型为研究对象,通过模型试验和数值模拟方法对装置内部瞬态流动特性进行研究,分析了不同流量工况下内部流动特征及偏流产生的原因,提出了解决偏流问题的抑制措施。研究结果表明:顺水流方向出水流道隔墩左侧流量高于右侧,最优流量工况下偏流比达2.33,有70%的流量从左侧流道流出;出水流道内的偏流是因水流在剩余环量的影响下发生偏转,通过弯管段时产生的;在出水流道弯管段设置偏流抑制措施可有效改善出水流道内部流态,抑制偏流的发生。本文研究成果已经应用到盐官泵站装置原型上,并得到了很好的应用,从而为解决大型斜式轴流泵站偏流问题,保证泵站安全稳定运行提供了参考。     

高扬程贯流泵湍流流动及流固耦合数值模拟

基于设计完成的高扬程贯流泵模型,应用Ansys Workbench软件,对高扬程后置灯泡式贯流泵内部的流动情况及结构静应力进行数值模拟,模拟讨论了在不同工况下的高扬程贯流泵运行时的湍流流动,在小流量工况下,贯流泵内部流态紊乱,会产生噪音及空化等问题;继而采用单向流固耦合的方法,模拟不同工况下泵叶轮部分的流动情况,最大等效应力随半径减小而增大,应力集中出现于工作面与轮毂交接处,形变则随着半径增大而增大,其最大值出现在轮缘处。在进行高扬程贯流泵优化设计时,需注意小流量工况时的流动特性及叶轮根部的强度校核。     

带转轮泵的顶盖取水装置流动特性研究

为研究带转轮泵的顶盖取水装置取水装置的内部流动特性,以渔子溪电站水轮发电机组的顶盖取水装置为例,针对其额定运行工况,采用基于有限元的有限体积法,结合CFD软件平台,对取水装置内部的流场分布和主轴密封真空度进行了数值计算,并将部分计算结果与现场测量数据进行对比,验证了数值计算方法的可靠性。在此基础上,针对变转速和变流量工况,分析了该取水装置的主轴密封真空度,转轮泵的扬程、轴功率和效率等的变化规律。结果表明,如果要保证主轴密封内全域无水运行,对于渔子溪电站,水轮机转轮上止漏环密封出口处的压力要小于推荐值(约为0.55 MPa);计算同时发现,转轮泵扬程随转速变大而变大,而随流量变大而变小,其流动损失较大,水力效率较低。     

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     

基于ＣＦＸ的三种不同形式的双向泵站在自引自排工况下过流特性对比

为了充分发挥双向流道泵站的综合性能,不仅需要对双向流泵站的提灌提排性能进行优化研 究还需要对其在自引自排工况下的性能进行优化研究。然而在过去的设计中,泵站设计人员主要着眼 于泵站的提灌提排性能而忽视了其在自引自排工况下的性能。本文基于连续性方程、时均Ｎ－Ｓ方程和 标准的Ｋ－ε 湍流模型方程,数值模拟了三种在提灌提排工况下均有良好表现的双向流道在自引自排 工况下的过流特性,并从局部损失与总损失及各流道对泵段的影响的角度对比了各流道的优缺点。结 果表明,不同形式的流道布置在自引自排工况下差别较为明显,导流措施对局部损失和流道内部的流态 影响较大。     

低扬程泵装置水力损失及水力设计流程分析

水力损失计算是泵装置性能预测的基础,文中给出了低扬程泵装置各过流部件水力损失计算公式,指出非设计工况下进水流道损失修正和出水流道环量损失的概念,有助于理解泵段性能与泵装置性能的差异。系统总结了基于性能预测和流动分析的低扬程泵装置水力设计流程,对南水北调泵站设计和建设具有一定的指导意义。     

北坍泵站流道优化及泵装置模型试验分析

流道对于泵装置的高效稳定运行具有至关重要的影响。为减小流道的水力损失并保证北坍泵站机组运行的安全稳定性,采用数值模拟技术对北坍泵站的肘形进水流道和低驼峰出水流道进行几何尺寸优化。通过对不同尺寸方案的流道水力性能进行分析比较,确定流道的优化方案并对最终优化方案组合的泵装置进行物理模型试验。结果表明：优化后肘形进水流道出口面的轴向流速均匀度提高0.10%,低驼峰出水流道水力损失降低23.91%。在不同叶片安放角（-4°、-2°、0°、+2°和+4°）,模型泵装置的最高效率均超过72.00%;叶片安放角为+2°时,泵装置的最高效率为74.97%。在灌溉设计净扬程和排涝设计净扬程条件下,泵装置均保持高效率运行。优化后的泵装置水力效率和运行稳定性较高,可为同类型泵站的流道优化提供借鉴。