竖井位置对双向贯流泵装置水力特性的影响

双向竖井贯流泵作为一种可实现双向抽引的低扬程泵装置形式,在平原城市地区应用广泛,而竖井布置位置一直是工程实际中需要考虑的问题之一。本文通过三维造型软件建立模型,并使用全结构化网格划分方法划分竖井流道、直管流道、叶轮段及导叶段网格,数值计算控制方程为连续性方程、k-ε湍流模型方程和雷诺时均方程并采用稳态计算对双向竖井贯流泵装置进行模拟。计算分别模拟了竖井贯流泵的竖井前置、后置两种情况下泵装置叶轮正向反向运行共计四种运行情况的水力性能特性。结果表明,设计工况下无论竖井后置或是前置,泵装置正向运行效率皆高于反向运行。无论泵装置正反向运行,竖井流道和直管式流道作为进水流道时流态皆较为平顺,水力性能差异不大;泵装置正向运行时竖井流道和直管式流道作为出水流道时尽管因造型不同内部流态有所差异但总体水力损失较小。反向运行时出水流道环量不能被导叶回收,产生能量损失较正向运行大,而此时竖井流道作为出水流道水力性能要劣于直管式出水流道。     

竖井贯流泵不同出水流道型式的对比研究*

竖井贯流泵广泛应用于低扬程和特低扬程泵站,并且常规设计都是采用平直管出水的结构型式。本文提出了竖井进水、虹吸式出水的一种新型结构型式,在保持竖井进水设计和模型泵不变的情况下,采用CFD数值模拟技术进行两种出水流道结构型式的全流道优化设计,并进行性能预测。根据优化设计结果,在高精度试验台上进行两种出水流道结构型式的泵装置对比模型试验。预测和试验结果均表明,在低扬程竖井式贯流泵站,平直管出水和虹吸式出水都是合适的结构型式,其水力性能基本接近,在特低扬程虹吸式出水流道结构型式具有明显优势。     

竖井贯流泵装置内部流动数值模拟与性能分析

优化竖井贯流泵装置的水力性能,应了解包括转轮在内的竖井贯流泵装置的流动特性。采用一维水力设计方法设计了竖井贯流泵装置的进、出水流道,并采用ANSYS CFX软件对前、后置竖井贯流泵装置进行三维定常流动数值模拟。引入平均涡漩角的概念,分析了前、后置竖井贯流泵装置内部流动的差异性,重点对不同形体的进、出水流道的水力性能及前、后置竖井贯流泵装置的外特性进行了分析比较,并通过模型试验得到了前置竖井贯流泵装置的综合特性曲线。结果表明,竖井与直管进水流道水力性能差异较小,出水流道对泵装置能量性能的影响较大。在叶片安放角0°时,前置竖井贯流泵装置最高效率为77.79%,后置竖井贯流泵装置最高效率为78.82%。本文可为竖井贯流泵装置设计及形式选择提供有益参考。     

泵段、水泵模型测试段与泵段效率修正

根据低扬程大型泵站泵装置出水流道的水力设计要求,修正了＂泵段＂的定义,计算了水泵模型测试段中进出水管道的水力损失,并对＂泵段＂效率进行了修正;根据修正后的＂泵段＂效率对南水北调东线工程3个泵站设计工况的＂泵段效率＂、流道效率和泵装置效率之间的关系进行了验证性计算。研究结果表明：＂泵段＂宜定义为由水泵叶轮和导叶体这两个最基本的过流部件组成;南水北调工程水泵模型同台测试提供的水泵模型综合特性曲线表达的是水泵模型测试段的水力性能,其中包含了测试段中进水管道和出水管道的水力损失;大型泵站泵装置中的＂泵段＂性能应在水泵模型测试段水力性能的基础上考虑进出水管道水力损失进行修正;由水泵模型测试段性能修正得到的＂泵段＂扬程和效率均较水泵模型测试段高,设计流量时的扬程修正值约为0.15m左右;效率修正值与水泵模型测试段扬程有关,水泵模型测试段扬程愈低,修正值愈大,其幅度约为（1～4）%。流道效率根据流道水力损失及泵装置扬程计算得到,根据流道效率和修正后的＂泵段＂效率对设计工况的泵装置效率进行预测,其结果与泵装置模型试验得到的结果相比小于1%。     

3种泵轴倾角斜式进水流道水力性能的比较

采用三维湍流流动数值计算的方法,对泵轴倾角为15°、30°和45°的3种斜式进水流道的水力性能分别进行了较为深入的研究,并对3种泵轴倾角的斜式进水流道分别进行了流道模型试验研究.结果表明:3种泵轴倾角斜式进水流道内的流态平顺均匀、水力损失小、水力性能优异,可为水泵叶轮室进口提供近乎理想的流态;斜式进水流道出口的目标函数...     

超低扬程双向流道泵装置压力脉动特性研究

沿江泵站承担了灌溉、排涝、水环境治理等双向引排水任务，受长江潮位影响，双向水泵装置经常运行至零扬程附近，实际流量超过设计值30%以上，流道水力损失增大，流态紊乱，易引起水力振动，影响机组运行安全。采用CFD技术对沿江某低扬程双向流道泵装置进行水流流动及压力脉动特性研究，并结合模型试验进行验证。研究表明：超低扬程工况下，泵装置进出水流道盲端存在较大回流，出水流道内回流强度较大，导致水力损失增加；进水流道内测点主频为6倍转频，次主频为1/8倍转频；出水流道内测点主频无明显规律，但幅值相近，低频脉动占主导地位。研究成果可为沿江泵站超低扬程工况下水泵装置水力振动研究提供参考。     

基于特征尺寸规则化的竖井贯流泵装置研究

为了探讨竖井贯流泵装置规则化设计方法,选择了二十余座典型大型竖井贯流泵装置作为统计分析对象,通过分析得出了竖井进水流道和出水流道主要控制尺寸合理取值范围。结合实际工程,基于规则化设计方法,设计了叶轮直径3.2 m的大型竖井贯流泵装置。利用三维湍流数值模拟,分析了规则化设计的竖井进出水流道流动特征、水力损失特性以及进水流道出口的速度分布、速度均匀度和入流角。结果表明,基于规则设计的进出水流道流动平顺,设计工况,进出水流道的水力损失为0.064 m、0.096 m,速度均匀度和入流角为97.63%和87.74°。按照模型比尺10.667设计制作模型水泵装置,构建试验系统,开展了模型水泵装置能量特性试验研究。研究结果表明,基于规则化设计的竖井贯流泵装置在特低装置扬程1.08 m,装置效率达77.5%,设计工况点Q = 25 m3/s、H = 0.62 m的效率达66%,水泵装置效率高。研究结果对竖井贯流泵装置的水力优化设计具有重要指导意义。     

高效S形轴伸贯流泵装置内流动特性研究

为深入研究新型高效S形轴伸贯流泵装置流道内部流动特性,采用CFD技术对该泵装置进行了全流道三维定常流动计算,获得了在大流量、小流量和最优工况时泵装置的内部流场。结果表明:在叶片安放角0°的最优工况(泵装置计算最高效率为81%,试验最高效率82.57%,流量系数KQ=0.492,扬程系数KQ=0.830)时进水流道的速度加权平均角为88.8°,轴向速度分布均匀度达到97.51%,水力损失为3.89cm;泵装置流道效率达到98.5%。运行工况范围内,出水流道出口断面的最大速度为1.429 m/s,满足国家标准(GB50265-2010)的要求;在大流量工况时,出水流道的弯管段上侧出现了小范围的漩涡。与该泵装置物理模型试验结果比较可知,数值预测泵装置性能与试验的性能数据符合较好,该泵装置匀顺的整体流动形态使能量损失很小,泵装置性能优异。     

变频调速灯泡贯流泵装置结构开发与优化

针对南水北调工程江苏段和山东段低扬程泵站的具体特点,开发了新型结构的灯泡贯流泵机组,并采用变频调速装置进行工况调节.根据使用常规电动机和永磁电动机两种设计方案,进行了灯泡体尺寸和出水流道型线优化设计,利用商用软件CFX对贯流泵装置内部流场开展内部流动数值分析和性能预测.数值计算和模型装置试验结果表明,合理增加流道外壳直径和减小电动机外径,都能有效提高贯流泵装置效率,不同特征扬程下效率提高0.5～3.7%.     

蜗壳流道高效泵装置研究

通过流道水工模型试验和泵装置模型试验,对大型泵站蜗壳进出水流道进行了深入的研究.在原设计方案的蜗壳进水流道中加设了隔涡板,有效的阻止了进水流道中水流的旋转,使装置效率提高了15%;对蜗壳出水流道的导水锥、扩散管和蜗壳段的型线进行了优化,有效的降低了水力损失,使装置效率又提高了6%,最高效率达到了78.2%.该蜗壳进出水流道高效泵装置的研制与开发拟补了以往蜗壳流道泵装置效率不高的缺点,为蜗壳进出水流道在大型低扬程泵站中进行推广和应用奠定了基础.     

高比转速轴流泵叶轮与导叶的正交试验优化

高比转速轴流泵广泛应用在防洪排涝等特殊场合,但其水力效率普遍偏低.为提高其水力效率,并达到节能效果,本文对比转速为1400轴流泵的叶轮与导叶采用正交试验进行水力优化,并探究优化前后泵的内流特性.先对轴流泵叶轮和导叶的几何形状进行参数化解析,对参数化后的控制尺寸设置控制因素,以水力效率为指标设计正交试验,并对正交试验结果...     

蒲石河水泵水轮机蜗壳座环设计的特点

详尽介绍了蒲石河水泵水轮机组的工作方式及特点。介绍了水泵水轮机蜗壳座环在泵工况及水轮机工况的水力特性,通过强度计算确定尾水管结构的设计原理及按照ASME锅炉及压力容器规范对尾水管上所有开孔采取补强措施后有效补强面积的计算方法,对相近电站的设计具有一定的参考意义。     

斗轮机液压系统技术改造探讨

针对斗轮机液压系统及其液压元件长期存在的问题,从液压油污染、液压油油温高、液压元件泄漏、液压元件及材料选择不合理、液压系统设计存在缺陷等几方面进行了分析。阐述了液压系统液压泵和各液压元件的性能特点及其作用,通过不同类型液压泵和液压元件的分析比较,根据液压系统在斗轮机的应用特点,重新确定了液压泵和液压系统元件的选型设计。根据液压系统各种基本控制回路,进行了斗轮机液压系统的设计,绘制了液压系统原理图,并经过安装、调试,取得了良好效果,解决了斗轮机液压系统长期存在的缺陷。     

顶盖取水技术在黄登水电站水轮机上的应用

随着顶盖取水技术越来越广泛地在水电机组上应用,如何通过对泵板结构的优化精准地解决取水量、取水压力、轴向水推力和泵板能耗等诸要素之间的合理匹配问题,成了水轮机设计中一项亟待完善的课题。本文介绍了一套顶盖取水设计方法以及在黄登水电站水轮机顶盖取水上的应用情况。     

透平式能量回收一体机水力特性数值分析

反渗透式海水淡化是目前工业化应用规模最大的海水淡化技术.反渗透式海水淡化装置工作时,反渗透膜的工作压力约为6 MPa,淡化过程持续供给高压原海水所需的能耗较大;淡化后的浓海水仍维持高压状态,蕴含大量余压能,透平式能量回收一体机将此余压能驱动泵侧加压供水侧,可大幅降低反渗透海水淡化装置的运行能耗.本文以三沙岛海水淡化装置...     

基于沉浸边界法的轴流泵内鱼体运动数值模拟

为精细分析鱼类在水力机械流道中的运动特性,本文以轴流泵为例,采用沉浸边界(immersed boundary,IB)与流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)及大涡模拟(large eddy simulation,LES)相结合的方法,对泵内流场及鱼体通过泵流道的运动过程进行了数值模拟...     

基于STM32单片机的多功能电液控制器的设计

电液控制器是电子技术、液压技术和计算机控制技术相结合的产物,对推广与发展电液控制技术、拓展液压技术的应用领域有着重要意义。在深入研究目前国内外已有的机电系统控制产品的设计和开发经验的基础上,并借鉴当前电液控制器的最新发展趋势,介绍了基于STM32单片机的电液控制器的设计。将32位单片机与CPLD器件相结合,确立了该电液控制器的硬件结构和软件组成。该电液控制器具有多种工作模式,不但能够驱动电液设备,也能够用于溶剂输液泵和超临界分析型仪器的控制,通过本控制器实现了高速、高精度的点位控制、往复运动控制和精确压力调节控制。并在超临界分析型系统的自动背压调节阀装置中进行了实验研究,获得了满意的控制精度和控制效果。     

断路器液压油泵控制回路的分析与改进

介绍了高压断路器液压机构油泵控制回路存在的问题,以及由此问题引起液压机构的频繁起动,造成机构渗油的误解,分析了产生此问题的根源并且提出新的设计思路,解决频繁起动的故障。