大型低扬程开敞式泵站性能测试研究

苏南某泵站机组进出水流道结构改造之后,对该泵站的性能参数进行了现场测试。对该泵站机组流量进行测量,测试的误差为±0.53%。利用泵站的自动采集系统测得扬程和功率,通过效率的计算公式,得到该泵站在不同工况下的效率值。利用CFD软件建立该泵站的泵装置三维模型,并进行数值模拟计算,得到水力性能参数。将现场测试的结果与数值模拟结果相比较,结果表明,数值模拟的结果与现场测试的结果较为吻合,设计工况下,效率的误差为±1.25%,数值模拟方法具备较高精度,其结果可靠性较高。对泵装置内的水流流态进行分析,进水流道和出水流道封闭侧的漩涡影响该泵站泵装置的效率。     

灯泡贯流泵装置的优化水力设计

采用CFD理论应用Fluent软件对某低扬程泵站灯泡贯流泵装置进行了三维湍流数值模拟及其优化水力设计,并采用透明流道模型试验验证了该优化设计.研究结果表明:灯泡贯流泵进、出水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具有较为明显的影响;借助于三维湍流数值模拟方法可逐步优化其水力性能,且在设计流量下工作时的流道水力损失可控制在较小的范围内.前置灯泡贯流泵装置具有更好的水流条件,其水力 性能优于后置灯泡贯流泵装置.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,表明采用数值模拟方法得到的灯泡贯流泵装置优化水力设计的结果是可信的.     

大型泵站低扬程泵装置效率指标的推算

为了合理确定我国低扬程泵装置主要工况水力性能的考核指标,以适应我国大型低扬程泵站建设事业不断发展的需要,提出建立在水泵模型同台测试试验数据和流道优化水力设计研究成果基础上的推算低扬程泵装置效率的基本方法,即:泵装置效率由泵段效率和流道效率的乘积得到,其中,泵装置中的泵段效率由同台测试结果经修正后得到,流道效率由流道水力损失及泵装置扬程计算得到;应用该方法推算了大型泵站贯流泵装置和立式泵装置模型主要工况的效率考核指标。     

低比转速高效贯流泵模型优化设计与试验研究

为深入研究后置灯泡贯流泵装置的性能,采用CFD数值模拟技术,对贯流泵叶轮和导叶体进行了优化设计,对叶片翼型、个数、厚度,导叶片的数量,距转轮出口距离对水泵性能的影响等进行了分析,且在分析过程中突破了传统贯流泵的运行范围,从而得到了低比转速高效贯流泵的水力模型。该模型的设计流量为0. 344 m~3/s,扬程为8. 22 m,比转速为630,装置效率最高为83. 45%。对得到的水力模型进行了模型试验验证,验证结果表明,数值模拟和模型试验性能曲线的变化规律一致,两者结果较为吻合。研究成果可为今后低比转速高扬程贯流式泵站工程的规划设计提供选型参考。     

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。     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

后置灯泡式贯流泵装置模型的优化与试验研究

结合南水北调东线工程金湖泵站低扬程大流量工况要求,研制了贯流泵装置水力模型。采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对该模型进行了全流场数值模拟,并对叶片出口和导叶之间的距离进行了优化。优化结果表明,当叶片出口和导叶之间距离为0.11倍叶轮外径时,内部流动较稳定,装置效率高;当该距离为0.03和0.33倍叶轮外径时,导叶出口分别形成了脱流区和旋涡区。流线运动轨迹表明导叶出口存在一定的剩余环量,呈螺旋流态进入出水流道,没有出现局部旋涡。优化后的装置模型经过3个不同试验台的试验,结果基本相符。试验结果表明,该模型流量大,效率高,在-4°叶片角下,最高效率达到79.40%;在2.92m扬程下,流量为329L/s,汽蚀比转速为1267,效率达到79.15%,该模型可供南水北调工程及其他工程选用。     

上桥泵站改造泵装置模型试验研究及现场测试

针对上桥泵站的经常运行净扬程,以装置效率最优为准则,同时兼顾流量和空蚀性能,优选了适合于上桥泵站更新改造的水力模型350ZMB-3.8。针对上桥泵站的具体情况,提出在保留原进出水流道、原电动机和原导叶的基础上只进行换泵的技术改造方案。针对该方案,对上桥泵站模型泵装置的能量特性和空蚀特性进行了全面的试验研究,确定了改造方案的可行性,试验结果与改造后的现场实测结果吻合较好。技术改造前后的现场实测结果表明,在经常运行扬程附近并满足设计流量要求的情况下,改造后较改造前泵站的效率提高了16%,改造效果显著。     

全贯流泵流动特性数值模拟和性能预测

为研究全贯流泵(电机泵)的性能,采用CFD软件对全贯流泵模型装置进行三维流动数值模拟,分析了全贯流泵内部流态和整体性能。结果表明:全贯流泵模型装置在各个工况下前导叶进口流速均匀度均在97%以上、叶轮进口流速均匀度均在91%以上,均匀度足以保证水泵性能。进水喇叭管、前导叶水力损失小,后导叶、出水喇叭管水力损失大。出水喇叭管出口断面流速分布不均匀,流态差。该装置最高效率为69.47%,对应工况流量为290L/s时,扬程为4.855m。在各个工况下,全贯流泵模型装置扬程比对照轴流泵装置扬程小,效率比对照轴流泵装置效率低,消耗的轴功率比对照轴流泵装置消耗的轴功率多。全贯流泵管路短,出水喇叭管出口流速大,扩散不充分,水力损失大,这是全贯流泵装置效率低的主要原因。     

后置灯泡式贯流泵装置模型的优化与试验研究

结合南水北调东线工程金湖泵站低扬程大流量工况要求，研制了贯流泵装置水力模型。采用标准k-ε RNG湍流模型和SIMPLEC算法，对装置模型进行了全流场数值模拟，并对叶片出口和导叶之间的距离进行了优化。优化结果表明，叶片出口和导叶之间距离为0.11D2时，内部流动稳定，装置效率高，当该距离减小或者增大时，在导叶出口易形成旋涡区。流线运动轨迹表明导叶出口存在一定的剩余环量，呈螺旋流态进入出水流道，但没有出现局部旋涡。优化后的装置模型经过江苏大学试验台初试，河海大学试验台复试，和天津中水北方公司试验台终试，三个不同试验台的试验结果基本相符。终试结果表明，该装置模型流量大，效率高，在-4°叶片角下，最高效率达到79.40%，在2.92m扬程下，流量为329L/s，汽蚀比转速为1267，效率达到79.15%，该模型可供南水北调工程及其他工程选用。     

江苏古邳泵站混流泵装置模型试验

泵装置物理模型试验是检验和优化泵装置水力性能的重要手段。对古邳泵站的立式混流泵装置整体进行了能量性能、空化性能、振动及噪声测试等物理模型试验,以获取该泵装置的综合性能。试验结果表明:该混流泵装置有着较高的效率,在较大的运行工况范围内叶轮空化性能良好,且振动和噪声均满足国家规范。     

乌江泵站水力模型选择及泵装置模型试验研究

本文在TJ04-ZL-02模型基础上,以乌江泵站主水泵改造工程为例,改进开发了WJ-12模型。模型采用WJ-12叶轮搭配2.8CJ-70导叶,结合原进、出水流道组成泵装置,并在扬州大学高精度泵站试验台上验证了改进模型的水力性能。研究表明,该泵装置在不同特征工况下可安全、稳定的运行,能够满足改造后泵站的运行要求。     

灌北、善南泵站潜水贯流泵装置的水力特性研究

通榆河北延送水工程灌北泵站和善南泵站扬程低且年运行时间较长,为得到较高的泵装置效率,采用了单泵设计流量为10m3/s、叶轮直径为2m的卧式潜水贯流泵装置。采用三维湍流流动数值计算和模型试验的方法,分别对这种型式泵装置的内外水力特性进行了研究,表明卧式潜水贯流泵装置具有水流平顺、均匀和流道水力损失小的优点,水力性能十分优异。     

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明：在叶轮的叶片安放角0°、双侧可调导叶的叶片调节角0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为59.29%,引水工况时泵装置最高效率为58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于92%,速度加权平均角均大于89°,直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参考价值。     

竖井贯流泵装置流道水力性能分析

针对竖井贯流泵装置中,进、出水流道水力损失所占比重较大的问题,通过分析泵装置流道的三维数值模拟结果,对流道型线进行了优化设计,获得了水力性能较好的型线方案。结合模型试验结果,表明流道型线优化后的水泵装置效率较高,具有较好的水力性能。     

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。     

混流泵模型及装置特性的比较与分析

对南水北调东线工程建设的第一座泵站——宝应泵站，初步设计阶段采用的混流泵模型与引进的日本某公司混流泵模型基本结构进行了比较，对两种模型的水力特性和装置模型试验结果进行了对比分析，日本泵模型的最高效率比初步设计阶段模型最高效率高约3％，扬程加权平均的装置模型效率相差7％左右。数值模拟结果表明，对初步设计阶段采用的混流泵结构作一些改变，配合口本设计的进、出水流道后，装置的最高效率也提高了2．5％，但在高效区仍比日本泵装置低5％左右。因此，日本泵的水力性能较为优越，应加强对国外引进设备和技术的消化和吸收，开发新的有自主知识产权的泵和技术。     

超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模拟

针对竖井贯流式水轮机导叶叶片数对其性能的影响,结合淮安市古黄河水利枢纽工程水轮机模型试验,在一定导叶开度下,对不同导叶数的竖井贯流式水轮机进行了基于CFD的数值模拟,并获得了设计点工况下配置不同导叶数量时水轮机的水力性能。将不同方案在水头损失以及流道和转轮效率上进行了对比。结果表明：随着导叶数的增加,流道效率和转轮效率逐渐提高,水头损失随之减小。通过分析贯流式水轮机内流场并结合外特性计算结果,最终确定了最佳导叶数方案;数值模拟得到的效率与试验数据的平均误差相当小,证明了数值模拟的准确性。该方法可以为超低水头竖井贯流式水轮机设计及其水力性能优化提供参考。     

虹吸式出水贯流泵装置结构特点及对比试验研究

广泛应用于低扬程和特低扬程泵站的贯流泵装置,传统设计基本采用平直管出水的结构型式。针对城市防洪泵站扬程低、年运行时间短、安全性和可靠性要求高的特点,提出了5种新型虹吸式出水流道的贯流泵装置结构型式,它们具有结构简单、断流可靠、安装检修方便、维修和养护成本低等优点。在保持模型泵不变的情况下,采用CFD数值模拟技术,进行了不同结构型式的虹吸式出水贯流泵装置数值分析、优化水力设计和性能预测。根据优化设计结果,在高精度试验台上进行了虹吸出水和直管出水的竖井贯流泵装置模型对比试验。试验结果表明,两种竖井贯流泵装置的水力性能基本接近,平直管出水和虹吸式出水都是合适的低扬程泵站出水流道结构型式;在特低扬程情况下,采用虹吸式出水流道的泵装置结构型式具有更明显的优势。     

北坍泵站流道优化及泵装置模型试验分析

流道对于泵装置的高效稳定运行具有至关重要的影响。为减小流道的水力损失并保证北坍泵站机组运行的安全稳定性,采用数值模拟技术对北坍泵站的肘形进水流道和低驼峰出水流道进行几何尺寸优化。通过对不同尺寸方案的流道水力性能进行分析比较,确定流道的优化方案并对最终优化方案组合的泵装置进行物理模型试验。结果表明：优化后肘形进水流道出口面的轴向流速均匀度提高0.10%,低驼峰出水流道水力损失降低23.91%。在不同叶片安放角（-4°、-2°、0°、+2°和+4°）,模型泵装置的最高效率均超过72.00%;叶片安放角为+2°时,泵装置的最高效率为74.97%。在灌溉设计净扬程和排涝设计净扬程条件下,泵装置均保持高效率运行。优化后的泵装置水力效率和运行稳定性较高,可为同类型泵站的流道优化提供借鉴。