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。     

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。     

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。     

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。     

排桩挡墙基坑支护在张家边泵站工程中的应用

张家边泵站为立式轴流排涝泵站,泵房结构型式采用干室块基型结构,水泵选用大型立式全调节轴流泵,水泵进水流道采用簸箕型进水流道,水泵出水流道采用低驼峰直管式出水流道,基坑支护采用排桩挡墙基坑支护方案,取得显著效果,对类似工程的设计提供借鉴。     

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。     

轴流泵装置分部结构对装置性能的影响分析

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用CFX软件对轴流泵装置进行三维流动数值仿真计算,分析各分部结构对水泵性能及泵装置性能的影响,以找寻泵装置优化设计中的关键部件。计算结果表明,肘形进水流道能保证良好的进水条件,使叶轮进口流速均匀度达到90%以上,叶轮效率达到92%左右的较高数值。肘形进水流道的水力损失取决于弯肘段的水力损失;出水流道产生的水力损失在整个泵装置中占比最大,出水流道弯段和出口的水力损失为主要部分;因此进水流道弯段和出水流道是泵装置优化设计的关键部件。出水流道中涡量沿程减小,在流道弯段涡量下降最大,且流量越小下降的越大。     

补料长度对井筒式出水流道水力性能的影响

为研究补料长度L对立式潜水轴流泵装置中井筒式出水流道水力性能的影响,设置L=0 mm、L=60 mm及L=120 mm的3种补料长度方案,并基于RNG k-ε模型对泵装置进行定常CFD数值模拟。研究不同补料长度下井筒式出水流道特征断面内部流动特性、水力损失及泵装置扬程效率,结构表明:补料长度越大,出水管内部的流态越平顺、静压分布越均匀,出水流道的水力损失越小,泵装置不同流量下的扬程效率也越高。综合来看,在井筒及出水管的连接段增设一定长度的补料能够有效地平缓出水管进口的流态,但过长的补料区域会带来加工上的不便,不能很好的体现立式潜水轴流泵装置的经济实用性,因此,在实际工程中,应该结合实际成本综合考虑。     

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。     

南水北调江都三站水泵装置更新改造三维流动数值模拟及优化计算

根据南水北调东线水源保证率的要求，江都三站更新改造工程对水位组合重新进行了核算。根据水位组合，采用CFD的方法对江都三站水泵装置内部的三维流动进行了数值模拟研究，同时进行了进水流道的优化水力计算，并对江都三站水泵装置最优方案的水力性能进行了模型试验验证。数值计算和模型试验结果表明：江都三站的进水流道经过优化，不仅消除了流道内的涡带，而且进水流态均匀，可使水泵装置的能量性能满足设计要求。     

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。     

胥浦活水泵站肘形进水流道流态分析及优化

胥浦活水泵站为一座长江边低扬程引水泵站,设计流量5.0 m3/s,最大扬程3.3 m。为适应其低扬程、小流量的特点,选用了全贯流潜水泵,在原胥浦节制闸底板上改建安装。为了保证在长江低水位时,水泵进水口完全淹没,进水流道型线平顺,流道内无涡带或其他不良流态,机组启动正常和运行稳定,利用三维数值建模、边界条件设置与三维湍流流动模拟,运用计算流体动力学CFD方法,进行进水流道内部流动数值模拟,多方案分析和比较进水流道内部流态、水泵进水条件和流道的水力损失。计算结果表明,进口尺寸1.1 m×3.4 m(高×宽),出口直径1.2 m的型线B方案进水条件好,流道水头损失小,满足水泵高效运行的要求。优化设计方案为泵站安全运行提供最优的设计进水流道型线和设计参数。     

立式混流泵站进出水流道水力优化

为得到某大型混流泵站进出水流道最优设计方案, 基于 CFX 软件, 对进出水流道内水流流态进行数值模拟研究。以泵站进出水流道初步设计方案为基础, 对流道型线进行优化研究: 通过调整进水流道断面参数, 得出进水流道优化方案; 通过改变虹吸式出水流道上升角与下降角, 得到水力损失最小的出水流道型式。最终结果表明: 当进水流道流速和流道长度、断面面积和流道长度的关系曲线光滑无突变时, 流道内无不良流态, 符合优化设计要求; 当出水流道上升角为22°下降角为 29°时, 泵站出水流道流速分布较为均匀、水力损失最小。由此得出所选泵站最优设计方案。所得结果对大中型泵站的流道优化有指导作用。     

基于全模拟的水泵装置模型虹吸出水流道水力特性分析

虹吸式出水流道是大型泵站出水流道的主要形式之一,由于实际工程地形条件的限制,南水北调东线水源工程江都一站所采用的虹吸出水流道在工程设计中并不常见。针对江都一站泵装置模型虹吸出水流道,通过CFX软件对该泵装置全流道进行数值模拟,研究虹吸出水流道内部水流的运动特性、预测水力性能。计算结果表明管路水头损失主要来自于弯管段的水头损失,从出水流道进口至出水流道出口涡量呈现下降趋势,但是在出水流道出口,由于截面面积过大导致出口截面速度分布不均且引起了涡量的增加。对该泵装置进行外特性预测得到的结果与试验数据的整体趋势基本一致,表明计算结果真实可信。     

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。     

竖井式进水流道尺寸对水力性能的影响

根据南水北调东线工程邳州泵站的基本参数,基于进水流道三维湍流流动数值模拟方法,研究了竖井式进水流道控制尺寸对其水力性能的影响。揭示了竖井式进水流道长度、宽度和高度等控制尺寸对进水流道出口流速分布均匀度、流速加权平均角度和水头损失的影响规律和原因,并分析了流道内的流速分布情况。研究结果表明:控制尺寸对竖井式进水流道水力性能影响较为显著;控制尺寸的增加明显提高了竖井式进水流道的水力性能,当增加至一定值后,影响趋于平缓;邳州泵站竖井式进水流道方案控制尺寸取值合理,水流收缩平顺均匀、流线层次分明,流道内无任何脱流或旋涡等不良流态,水头损失小。本项研究结果可为竖井式进水流道的水力设计、控制尺寸的合理确定提供理论依据。     

睢宁二站导叶式混流泵装置流道优化水力设计

运用数值计算的方法,对南水北调东线睢宁二站导叶式混流泵进、出水流道进行了优化水力设计研究;运用流道模型试验的方法对数值计算结果进行了验证,并对泵装置性能进行了预测。研究结果表明:经过优化的进、出水流道水力性能优异,水力损失小,流道效率达到了95.5%,预计泵装置效率可达到82%。流道模型试验的结果与数值计算的结果基本一致。     

叶轮直径对立式泵装置流道水力损失的影响

采用数值计算的方法，分别计算了与不同叶轮直径的立式轴流泵配套使用的肘形进水流道和虹吸式出水流道在一定设计流量下的水力损失，并采用模型试验的方法对流道水力损失数值计算的结果进行了验证，得到了叶轮直径对流道水力损失具有显著影响的明确结论；在流道水力损失研究结果的基础上，为便于对具有不同叶轮直径和不同设计流量泵装置的流道水力损失进行较为客观的比较和评价，提出了名义平均流速的概念。     

宝应泵站流道优化计算与模型试验研究

为确保宝应泵站的进、出水流道实现水力性能的最优化，采用三维紊流数值模拟计算和透明流道模型试验的方法，根据日立公司的水泵尺寸对宝应泵站肘形进水流道和虹吸式出水流道进行了水力设计和优化，并与日立公司提出的进水流道和虹吸式出水流道进行了性能比较，取得了较为理想的结果。