立式轴流泵出水流道流场试验研究

大型低扬程水泵采用渐扩出水流道,出水流道水力损失占泵扬程的15%～20%左右。为立式轴流泵设计制作了不同扩散角、无中隔板和有中隔板多种透明出水流道,采用五孔探针测定和丝线观测出水流道内流场,研究流场形成机理,分析流动规律,并与等圆出水管内流动比较。结果表明,由于后导叶出流环量、泵轴旋转诱导、出水弯管二次流和扩散的影响,出水流道内为复杂的螺旋流,断面轴向流速和周向流速分布不均匀、不对称,不均匀程度大于等圆出水管内流动,断面环量有向周边集中的趋势。成果对大型轴流泵装置出水部分的优化水力设计,提高泵装置效率有重大意义。     

大型水泵出水流道优化水力设计

研究大型水泵出水流道扩散角、断面形状和中心线走向对水力损失的影响,提出当量扩散角概念,以包括沿程摩阻水力损失、扩散水力损失和出口水力损失在内的总水力损失最小为目标,对出水流道扩散角和断面形状进行优化,提出流道中心线走向优化的原则。研究结果表明,在进、出口断面位置一定的情况下,出水流道存在最优扩散角,使总水力损失最小。试验证明,由于水泵出水弯管的作用,出水流道实际开始脱流的扩散角小于理论计算的最优扩散角;采用优化渐变扩散角,可使水力损失进一步减小;矩形流道断面以正方形为最优,且存在最优角圆,使单位长流道沿程水力损失最小。成果对减小出水流道水力损失,实现泵装置优化设计,提高泵装置效率有重大意义。     

进水流道对轴流泵装置水力性能的影响

分析比较了包括轴流泵水力特性、装置水力特性及进出水流道水力特性在内的三组模型试验资料,指出:进水流态显著地影响泵装置的特性;泵装置的水力特性并不是泵水力特性与流道水力特性的简单迭加;进水流道最优水力设计是获得优异的泵装置特性的重要条件之一.     

大型水泵轴向后导叶叶片出口角对出水流道性能的影响

对低扬程大型泵站单管出水流道 ,水泵出口存在最优旋流 ,使水力损失最小 ,可以通过后导叶叶片出口角设计满足出流最优旋流要求。为此 ,提出了已建泵站和新建泵站泵后导叶—出水流道整体水力设计两种物理模型 ,目的是使流道水力损失最小。提出了平分分析法试验求解物理模型的方法和后导叶设计方法     

进水流道对轴泵装置水力性能的影响

分析比较了包括轴流泵水力特性，装置水力特性及进出水流道水力特性在内的三组练武试验资料，指出：进水流态显著地影响泵装置的特性；泵装置的水力特性不是泵力特性与流道水力特性的简单迭加；进水流道最优水力设计是获得优异的泵装置特性的重要的条件之一。     

大型双向流道泵装置优化与试验研究

引江济淮工程枞阳泵站采用双向流道立式轴流泵装置型式。根据枞阳泵站的控制性尺寸,对双向进出水流道进行了参数化数学建模。基于Isight多学科优化平台,搭建了双向进出水流道的水力优化设计平台。采用多岛遗传算法对优化目标进行寻优,得到了高效双向进出水流道型线优化结果,并与TJ04-ZL-20水力模型匹配得到高效泵装置。通过泵装置模型试验可知,枞阳泵站模型泵装置在装置扬程为5.67 m时,泵装置最高效率达到78.59%,已达到了单向立式泵装置的较高水平,为双向流道立式泵装置的进一步推广和应用提供了参考。     

南昌市新洲老泵站改建工程潜水泵装置模型试验研究

经多种泵型方案比较,新洲老泵站改建工程确定采用2台大型立式潜水轴流泵装置,配套电机功率800 kW,泵与潜水电机直联。进水流道采用簸箕型流道,出水流道为井筒式。为了预测大型潜水泵装置的水力性能,在中水北方勘测设计公司的水力模型通用试验台上进行了该装置的模型试验,主要包括:能量特性试验、空化(汽蚀)特性试验及空化气泡发生发展情况观察试验、飞逸性能、进水流道压差测流等项目。获得结果:在试验转速1450 r/min下,泵装置效率为64%的高效区覆盖了叶片角度范围-4°~+2。、泵装置扬程范围3~4.5 m的区域,最高效率65.01%;在装置运行工况范围内,临界空化余量均小于6.5 m。     

轴伸式贯流泵装置全流场三维湍流数值模拟

为探讨轴伸式贯流泵装置双向运行时的内部流动结构并进行性能预测,应用三维湍流Navier-Stokes、Realizable 两方程湍流模型、壁面函数法和滑移网格技术,进行泵装置双向运行时的全流场三维湍流数值模拟研究。计算所采用的模型贯流泵具有特定的S形叶片及正向运行时的后置弯曲导叶。研究结果揭示了贯流泵装置正、反向运行时的全流道速度等值线、静压等值线、出水流道断面矢量及出水流道的流线形状特征,探讨在泵装置实际安装条件下泵与流道的相互影响,进行泵装置性能的数值模拟预测,并与试验结果进行比较分析。数值模拟结果表明,泵段的出口流态及导叶对流道的流动结构有很大的影响,扩散形流道对流道进口流态反映敏感,无导叶的直形泵装置出口扩散流道内的流动为轴向旋涡、环形旋涡、轴向流动的叠加,数值模拟计算预测泵装置性能的方法是有效、可行的,能够满足工程需要。     

立式轴流泵装置叶片区压力脉动数值分析

压力脉动是影响轴流泵装置安全稳定运行的重要因素之一,为明确轴流泵装置叶片区压力脉动的变化规律,基于CFD软件对立式轴流泵装置全流道进行三维非定常数值计算,获得了轴流泵装置叶轮和导叶体区域的压力脉动时域数据,分析了最优工况时各监测点压力脉动特性,以及3个特征监测点的压力脉动随流量的变化规律。结果表明:最优工况时,叶轮进口压力脉动幅值从轮缘到轮毂逐渐减小;叶轮出口压力脉动幅值从轮缘到轮毂先减小后增大;导叶体出口处的压力脉动幅值从轮缘到轮毂先增大后减小。叶轮进口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小;叶轮出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大先减小后增大;导叶体出口轮缘处压力脉动幅值随流量增大而减小。小流量工况时各监测点的压力脉动主频幅值均大于最优工况和大流量工况。计算结果为分析轴流泵安全稳定运行提供了参考。     

变速工况下轴流泵性能特性研究

为了揭示转速对轴流泵装置能量性能的影响规律,本文以一立式轴流泵装置模型为研究对象,对从额定转速1461 r/min(n)到731 r/min(0.5n)6组转速下各最优工况点进行数值计算,并通过欧拉方程分析。结果表明:转速变化时,叶轮输送给水体的理论能量头并不符合水泵相似定律,这也是水泵各最优工况点之间随转速的变化不满足相似定律的一个重要原因;且随着转速的降低,叶轮的水力效率逐渐降低,泵装置内各段流道水力损失逐渐增大,进而导致泵装置效率减小。研究结果为变速工况下轴流泵装置能量特性的精准预测提供了参考规律。