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。     

竖井贯流泵装置水力设计方案比较研究

竖井贯流泵装置流道顺直、水力损失小,并具有投资较少、结构较简单、安装维护方便等许多优点。为了充分提高这种型式贯流泵装置的水力性能,结合南水北调东线一期工程的邳州站建设的需要,采用三维湍流数值计算的方法,对竖井贯流泵装置进行了水力设计方案比较研究,并分别采用了透明泵装置流态模型试验和泵装置性能模型试验的方法检验竖井贯流泵装置方案比较的成果。研究结果表明：前置竖井贯流泵装置进、出水流道内的流态平顺均匀,流道水力损失小;前置竖井贯流泵装置的水力性能明显优于后置竖井贯流泵装置;经过充分水力设计的邳州站前置竖井贯流泵装置在低扬程条件下得到了十分优异的水力性能,主要工况点的泵装置效率超过83%、临界空化余量小于5m。这种型式的贯流泵装置不仅适用于邳州站,而且也适宜在其它特低扬程泵站推广应用。     

贯流泵内部压力脉动特性的数值计算

压力脉动是影响贯流泵稳定运行的关键因素之一,本文采用大涡模拟对其内部流场进行分析总结,研究表明：压力脉动主要受叶轮旋转及动静相互干扰的影响;叶轮外缘与壁面间隙的存在,使小部分流体会从高压压力面流向低压吸入面出现回流,而加剧了压力脉动的影响,其幅值为进口压力脉动幅值的38倍;在大流量和小流量下压力脉动幅值均大于设计工况下的压力脉动幅值,导叶的整流特性减弱了叶轮压力脉动的影响;非设计工况下,在叶片进口边处,压力脉动幅频谱幅值最大,水力激振与叶轮旋转的影响相互叠加,在小流量下幅频谱幅值最大约为设计工况的1.5倍,在大流量下约为1.1倍。     

灯泡式贯流泵同步电动机电磁设计的特点

研制的同步电动机是用于南水北调东线一期泗洪站枢纽工程的贯流泵站机组,泵站的特点是扬程低、效率高。工程特点决定了水泵设备必须具备高可靠性及高水利性能。贯流机组设计从进水到出水方向为轴向贯通,能保证流速分布均匀,水力损失小。扬程越低,越能体现低扬程贯流泵的优势。基于以上特殊的工作环境,为保证机组运行的安全、可靠、高效等要求,确定了同步电动机的主要电磁设计参数,介绍了电动机主要结构特点,线电压波形畸变,对电动机输出机械性能进行了校核。     

YQW双向贯流泵高压电机的设计与试制

双向贯流泵配套用高压电机,为泵-电机一体结构,电机位于泵的中部,水泵的叶轮直接装在电机的轴伸上,水流从电机的周围流过。     

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%.     

30°斜式进水流道数模分析与泵装置特性试验研究

利用三维湍流数值模拟对某30°斜轴进水流道水力特性进行了分析,研究了设计流量工况下流道的内部流场、不同横断面和纵剖面速度等值线、出口断面速度均匀度和速度加权平均角以及流道水力损失。研究结果表明,斜式进水流道水流处于均匀渐缩,内部流态良好,无漩涡或脱流,出口断面流速分布均匀度Vu=98.2%,速度加权平均角度θ=88.42°,流道水力损失Δh=5.9cm,流道型线合理。试验研究了30°斜轴模型泵装置能量特性、空化特性和飞逸特性,得到5个叶片角度下模型和原型泵装置能量特性曲线、3个不同叶片角度下空化特性及叶片角-2°下的单位飞逸转速和单位飞逸流量。试验结果表明,模型泵装置最高效率随叶片角度减小而增大,叶片角-4°时的最高效率可达83%,较大范围运行工况下的空化性能优良,飞逸转速安全。研究结果对低扬程泵站水力优化设计具有重要的参考价值。     

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.     

竖井贯流式机组的流道设计及选型优化探讨

近几年来,灯泡贯流式机组及轴伸贯流式机组在我国低水头资源的开发中获得了广泛应用.然而,同属于贯流式机组之一的竖井贯流式机组在我国只有数量极少的小容量机组在运行.其主要原因是对竖井贯流式机组的流道设计、机组总体的结构型式、采用增速器的连接方式及双调结构的受油器布置如何解决等关键技术缺乏深人的研究、设计,致使这种结构简单、安装、维护方便,水力性能优良,造价便宜的竖井贯流式机组得不到开发、推广使用.本文着重对竖并贯流式机组的流道、水力设计、优化选型等进行了探讨,并提出了解决上述问题的思路及建议.     

泵装置模型试验模拟方法分析

本文从流体力学的一般原理出发,运用相似理论的方程分析法,系统地分析泵装置动力特性、空蚀特性、飞逸特性的相似模拟方法,阐述了相似准则之间的关系、参数换算比尺及模型试验要点,推导得出了泵及泵装置效率换算新的计算公式,并给出水力效率换算系数的理论表达。     

大型双向贯流式潜水泵装置的研究与应用

采用RNG k-ε紊流模型,通过对泵装置内部流动特性的三维紊流数值模拟,研究了城市引排水泵站大型双向贯流式潜水泵模型装置的性能。分析了不同导叶对泵装置水力性能的影响。计算结果表明,采用短直导叶的装置在正反向抽水时的性能均能较好地满足设计要求。模型试验的结果确认了双向贯流式潜水泵装置的优良性能,在扬程（1.45-1.65）m时正反向最高效率均已超过62.5%,验证了数值模拟计算的结果。泵装置内部流动特性数值模拟有助于对泵装置结构优化,对双向泵装置在高效区的性能预测是可信的。该泵装置已在城市生态引水及防洪排水工程中成功应用。     

贯流式机组桨叶与导叶全三维联合设计

为了充分反映水流经过导叶后的流态对桨叶入流的影响,本文建立了灯泡贯流式机组桨叶和导叶的全三维联合反问题计算模型。在包括桨叶和导叶的计算域中,求解联立的控制方程,同时设计得到了导叶和桨叶的空间叶型。采用联合设计和单独设计模型分别设计了一低水头贯流式机组的桨叶和导叶,并在设计工况下对其进行了全流道湍流数值模拟。性能预估结果表明,与单独设计相比,联合设计的桨叶进口边附近压力分布得到改善,导叶和桨叶段的联合损失减小,转轮效率提高。     

轴流泵运行工况对叶轮室进口预旋的影响

轴流泵叶轮室进口水流的流态对大型低扬程泵站水泵的安全、稳定和高效运行具有很大的影响。采用模型试验方法和三维湍流流动数值模拟方法,分别研究了轴流泵泵段装置叶轮室进口和立式轴流泵装置叶轮室进口的流态,得到以下主要结论：（1）叶轮室进口流态与水泵运行工况密切有关;（2）在正常运行工况范围内,叶轮室进口水流基本上为轴向流动,无预旋现象;（3）在小流量工况运行时,叶轮室进口的外圈水流出现与叶轮转动方向相同的预旋流动,但内圈水流仍向叶轮室方向流动,而中圈的水流则在预旋流动与轴向流动两种状态之间摆动;（4）轴流泵叶轮室进口在小流量工况发生预旋现象是泵内发生＂二次回流＂的内特性表现,水泵性能曲线出现马鞍形区则为其外特性表现。     

双吸式离心泵叶轮泥沙磨损数值模拟

采用欧拉—拉格朗日多相流模型,对双吸式离心泵内的水流和泥沙颗粒运动进行了模拟,并采用离散相冲击磨损模型对不同泥沙浓度和粒径条件下的叶轮磨损进行了分析,分析结果表明：离散相冲击磨损模型可以准确预测叶轮的磨损位置和磨损强度;随着泥沙浓度的增加,叶片的磨损强度显著提高;叶片吸力面的磨损强度明显高于压力面,压力面的磨损位置集中在叶片的进口和出口处,吸力面的磨损位置则随着泥沙浓度的增加而改变;泥沙粒径是影响磨损强度的重要因素,随着粒径的减小,磨损强度显著降低。     

大型泵站进水流道技术改造优选设计

进水流道的出口流态决定了水泵的进水条件,直接影响到水泵的能量性能、汽蚀性能和安全运行性能,在进水流道水力设计和模型试验中应给予特别重视。本文采用数值计算的方法,模拟了南水北调东线工程某大型泵站不同进水流道设计方案时的内部三维流动,计算结果与模型试验和泵站运行中观察到的实际情况相当吻合。把水泵进水条件和流道水头损失作为流道水力设计的目标函数,通过计算机数值模拟和优选,获得了优秀的进水流道设计方案。流道出口水流轴向流速的分布均匀度提高了3.26%,出口水流的偏流角减小了1°,水头损失减少了24.1%,水泵的进水条件得到了大幅度的改善。     

大型离心泵驼峰不稳定特性改善技术研究

大型调水工程泵站的水泵型式常采用离心式,而低比转速离心泵在小流量工况下易产生驼峰,引发流动分离、进口回流、旋转失速等不稳定现象,造成大量能耗,在运行中可能出现不稳定工况,影响泵的安全运行。本文针对某泵站进行具体的参数选型,提出了2种方案。通过CFD建模、数值仿真计算、模型加工试验等手段,验证了通过叶轮优化来改善水泵的驼峰裕度,为大型离心泵的稳定运行,提供了设计参考。