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。     

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。     

循环水泵房进水流道水力特性试验及研究

托克托电厂二期工程循环水泵房,因受场地限制,设计了两种不同的流道型式,其中3号机进水前池的底坡设计为23．7°,大于规范要求的底坡不宜陡于1：4,对这两种流道的模型试验结果表明,在7m以上水深时,3号机循环水泵能正常运行,但4号机进水流道流态及各项性能指标要明显优于3号机。由于4号机进水流道设计非常合理,对类似工程具有一定的借鉴作用。     

太浦河泵站斜15°轴伸泵水力动态力分析

太浦河泵站选用斜 1 5°轴伸式轴流泵 (以下简称斜 1 5°轴伸泵 ) ,为特低扬程、大流量的水泵。它具有叶轮直径大、水泵装置流态复杂、水泵轴承受力大等特点。本文针对太浦河泵站斜 1 5°轴伸泵 ,进行了水泵装置从吸入口至出口包括叶片、导叶、弯管段等在内的整体三维粘性流动分析 ,得到了流道内部不同工况下的流动特性如压力、速度分布规律及泵特性曲线 ,以及流道内部的旋涡分布和水力损失情况。同时进行了导叶和叶轮流动动静干涉引起的三维不稳定流动分析 ,得到了叶轮在不同工况下受到的轴向水推力及径向水推力在旋转过程中的变化规律 ,从而为轴承设计提供了比较准确的受力条件。该项研究对其它斜式泵的内部流态及受力分析也是一个很好的借鉴。     

托克托电厂循环水泵房进水流道水力特性试验研究

托克托电厂二期工程循环水泵房因受场地限制设计了两种不同的流道形式,其中3号机进水前池的底坡设计为23.7°,不符合底坡不宜陡于1∶4(14.04°)的规范要求。对两种流道的模型试验结果表明,在7m以上水深时3号机循环水泵能正常运行,而4号机进水流道流态及各项性能指标明显优于3号机。4号机进水流道设计合理,对类似工程有一定的借鉴价值。     

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。     

混流可逆式水力机械转轮轴面流道的计算机辅助设计

本文基于混流可逆式水力机械转轮计算机辅助设计中的一个重要环节－轴面投影图的绘制及过流断面面积检查为出发点,提出了一个新的数学模型。     

钟形箱涵式进水流道泵装置特性模型试验研究

对钟形箱涵流道过流特性及流态进行了试验分析,结合浦东薛家泓泵站模型试验,对钟形箱涵流道立式潜水轴流泵站模型泵装置的能量、气蚀、飞逸特性进行了全面试验研究,得出泵装置综合性能曲线及飞逸特性曲线,同时用示踪线法对进水流道内的流态进行了观察研究,试验分析了不同导流方案对模型泵装置能量特性的影响,提出了改善流态的有效措施,对优化设计高效潜水轴流泵装置提出了几点建议。研究成果不仅对薛家泓泵站设计和施工提供了必要依据,对提高泵站运行维护水平,保证同类泵站安全可靠运行起着重要的指导作用。     

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。     

轴流转桨式水轮机水力开发及模型试验研究

本文介绍了东方电机在轴流转桨式水轮机水力开发和模型试验研究方面的进展以及取得的成就。重点讨论了水力设计中的几个关键环节,并对近几年来中标电站水力性能参数做了简要介绍。     

前置导叶离心泵的损失建模及试验

基于水力机械基本方程,建立了前置导叶离心泵的损失计算模型,将前置导叶离心泵的损失分为叶轮损失、前置导叶损失和蜗壳损失三部分。完成了不同工况、不同预旋角度下装有前置导叶的XA150/32型离心泵外特性试验。运用本文提出的损失模型预测了前置导叶离心泵的扬程和效率特性,将计算结果与试验数据进行了比较,结果表明,该模型的预测结果准确可靠且适用范围广,为实际工程中离心泵的优化设计提供了一种快速实用的性能预测方法。     

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。     

不同结构进口对水泵吸水池自由液面的影响

水泵吸水池是影响泵站效率和安全运行的重要构筑物,自由液面与吸水池内各种旋涡的生成、空化的发生存在很大联系.本文利用二维PIV系统对吸水池自由水面进行了定量测量,通过图像处理技术,得到了不同结构进口下自由液面的分布情况.试验结果与采用VOF两相流模型计算的结果进行了对比,数值模拟结果可以模拟收缩结构后的跌水趋势,但与试验观察到的自由水面变化具有较大的差异,这表明VOF模型在模拟具有较大波动的跌水自由液面时还存在不足.     

智能控制在水轮机进水阀控制上的应用

蓄能罐式进水液动蝶阀作为水电站关键辅机之一,必须要保证其可靠性,并要适应自动控制技术发展的需要。主要阐述了如何利用现代控制理念和控制技术,将智能控制系统——专家系统应用在阀门控制上,通过阀门控制系统的核心PLC建立专家系统,解决远程控制和远程技术服务,提高电站运行效率。     

水泵变角性能的相似关系研究

通过分析变角调节前后水泵进出口速度三角形的变化关系,结合水泵内部水流运动的特性,推导出流量、扬程随叶片安放角变化的变角相似关系式,提出了以试验性能为依据,水泵变角相似关系式计算结果与试验数据之间的误差平方和最小为目标函数,通过数值逼近求解相似关系式流量指数和扬程指数的方法。针对南水北调水泵同台试验中的3种模型,分别求得水泵的变角相似关系,利用变角相似关系式计算的结果与试验数据间的误差分别为2.28%、1.16%、1.23%,流量-扬程曲线计算结果与试验数据之间吻合很好,流量-功率曲线计算结果与试验数据基本吻合。水泵变角相似关系式可用于此类水泵变角度的性能换算,具有较好的相似性。     

进口形式对浅水垫消力池水跃特性的影响

针对泸定水电站3#消力池出口边界不对称的特点,通过单体局部模型试验对三种不同进口衔接形式的浅水垫消力池内的水跃形态进行了对比分析。研究结果表明,消力池进口形式对水垫深度影响较大,直接决定了水跃是否能够形成及其稳定性。多级台阶进口最适用于入池主流能够充分靠近底部又能保证一定水垫深度情况,在水流入池角度较小时主流远离池底水垫厚度过大时,则容易形成面流流态;圆弧进口可以将入池水流导向池底,但进口扩散段在出口不对称性和尾坎的顶冲反射作用影响下,导致水垫厚度不均匀,从而产生不稳定斜向水跃,同时影响边墙的稳定性;采用一定长度的等宽圆弧进口则可使得池内水跃流态稳定,消能效果良好。因此,浅水垫消力池要充分发挥其优势,在实际应用时需重视进口形式的设计,以形成合适的浅水垫。     

水轮发电机组轴心轨迹自动识别方法研究

本文提出了一种水轮发电机组轴心轨迹自动识别方法，这种方法根据水轮发电机组的特点，综合应用了小波去噪理论，平面图形不变矩理论，神经网络理论，实现了识别过程的自动化，大大方便了故障诊断系统的使用，提高故障诊断系统的自动诊断水平及准确率。     

竖井进流水平旋转内消能泄水道的壁面压力分布规律

本文从竖井进流水平旋转内消能泄水道的基本流态出发，对该种泄水道中的轴向及环向空腔水流的流速分布提出假定，并利用边界条件确定其形式。根据旋转水流r方向的基本微分方程和自由涡流的假设建立了这种泄水道环向空腔水流的压力积分方程表达式，并据此定义了这种流动的壁面压力系数。依据试验测资料对这种流动的壁面压力系数及其影响因素的变化规律进行了分析，并给出相应的经验公式，从而较圆满地解决这种流动壁面压力等水力参数的计算，为进一步的理论分析与设计提供了依据与参考。