双吸离心泵泵站压力脉动与振动特性现场试验研究

双吸离心泵运行时,动静干涉会引起特定压力脉动,其频率为叶轮转频与叶片数相乘,即叶频。前期研究表明叶频压力脉动主要产生于压水室的隔舌区域,是引起水泵机组和泵房振动的重要激振源。为了揭示双吸离心泵系统压力脉动和振动特性的关系,开展了泵站压力脉动和振动特性的现场试验。通过在泵基础、出水管和泵房楼板位置布置振动传感器,同步测量了泵出口阀门不同开度下和泵启动开阀过程中的振动信号,借助时频分析方法开展了泵房振动信号的溯源分析。分析结果表明:在稳态工况中,水泵压力脉动和振动的相干性主要表现在转频、叶频及其倍频,且叶频压力脉动具有向上游衰减快,向下游衰减慢的特点;在启动工况中,水泵压水室压力脉动与基座(特别是垂直方向),甚至泵房出水侧楼板振动在叶频和转频处表现出相干性。根据现场测试结果认为,干室型双吸离心泵泵房在设计时,需要重点关注水泵叶频压力脉动作用下出水侧楼板等泵房结构的动力学响应问题。     

某泵站厂房振源识别与振动成因

针对某灌溉泵站水泵多机组运行时输水管道中产生涡带、涡流及水力脉动等流体现象, 致使泵站厂房产生较大振动的问题, 通过建立泵站厂房结构的三维有限元模型, 应用 ABAQUS 软件和 Lanczos 方法提取泵站厂房 结构模态, 分析泵站厂房的自振频率和振型, 探究厂房产生振动的振源和振动成因, 从而确定泵站厂房可能振源 的产生机理、频率特征, 并与该泵站机组主要激振源频率的理论计算值校核分析, 确定振源。结果显示: 该泵站机 组激振源频率和厂房结构的若干阶自振频率存在共振现象。此研究成果可为该泵站厂房维修和补强加固提供理论依据。     

淮阴三站泵房振动分析

通过三维有限元数值模拟对淮阴三站泵房进行振动分析,研究了泵房的自振特性并进行共振校核;根据测点的压力脉动时程,构造整个流道的压力脉动场,并且对结构复杂的机组进行精确模拟,采用子结构法考虑了机组的机械不平衡力和不平衡磁拉力对泵房振动的影响;采用拟静力法、谐响应法和动力时程法分别计算了泵房的振动响应,并根据相关的水电站厂房振动控制标准对泵房振动进行评价,为工程抗振设计提供科学依据。     

Optimization on the VFDs’ Operation for Pump Units

The third Huaiyin pumping station in the South-to-North Water Diversion Project aims to solve the problem of lack of water. In order to save on electricity while satisfying the required flow demand, the operation optimization problem of the third Huaiyin pumping station is investigated, with a mathematical model set up to simulate the optimal daily operation, in which the pump units can have variable speed. After analyzing the characteristics of the mathematical model, an improved dynamic programming algorithm is presented to decrease the dimensions of the operation optimization problem and save electricity cost, which enables us to perform a practical engineering application. After discretization of the optimization problem has been achieved, the number of operational schedule sequences could be reduced and optimal scheduling could be achieved to save electricity costs by power constraint, classified enumeration constraint, feasible combination constraint and flow demand constraint. Through research and analysis of the working of the third Huaiyin pumping station, optimal operational scheduling of multiple pump units with variable speed operation using variable frequency drive (VFD) can lessen the electricity tariff significantly compared with dynamic programming with the successive approximation method and decomposition/aggregation-dynamic programming method. The operational electricity tariff is reduced by 7.71% by the improved dynamic programming algorithm in comparison with the benchmark scheduling. Simulation results demonstrate that the cost efficiency comes from variable speed operation with VFD and flow demand transfer from the time periods when a high electricity tariff applies to time periods of a low electricity tariff based on the time-of-use electricity tariff.

     

离心泵变角调节研究及节能分析

目前,国内离心泵工作点的调节方法主要是采用变速调节和变径调节法,但是变速调节和变径调节都有一定的调节范围,在某些情况下并不能完全满足要求。针对中小型离心泵站和灌排两用离心泵站,提出了利用变角调节来改变水泵运行工况的方法。根据离心泵的水流运动特点及叶轮进口相似三角形的关系,推导出了离心泵的流量数学模型。以山西省某供水工程和天津某灌排两用离心泵站为例,通过改变叶片的入口安放角,达到调节水泵运行工况的目的;同时,针对天津某灌排两用泵站的实际情况进行了节能分析。分析结果表明:变角调节后可以减少能耗,提高工程的经济效益。     

泵站多机组变频变速调节运行优化研究

南水北调工程是我国水资源调度分配的重大工程,而泵站则是该调水工程中不可或缺的重要部分。针对泵站多机组变频变速调节的问题,建立了多机组变频变速调节的日优化运行模型。以南水北调东线工程泵站——淮阴三站为例,考虑了峰谷电价,对站内变频变速调节的日优化运行开展研究,在研究过程中采用了改进的动态规划算法进行计算求解。在求解过程中,通过分析约束条件,剔除不符合要求的机组启停组合,从而减少了优化问题的维数,解决了"维数灾"问题。计算结果表明:与定角恒速运行相比,淮阴三站实施频率优化运行可节约运行费用3.5%;在高峰阶段,影响运行费用的主要因素是开机台数,在满足需求量的前提下,机组应优先选择停机状态;而在低谷阶段,机组应优先以单位提水能耗较高的方式运行,以减少在高峰阶段的提水量。     

大型泵站水泵机组振动信号滤波方法

针对大型泵站水泵机组运行时振动信号易受多种因素影响产生随机误差、噪声干扰,进而影响机组健康状态评价结果的问题,对水泵机组振动信号滤波方法进行分析研究。以南水北调东线某泵站水泵机组运行时机泵联轴器处的振动信号为例,分别使用巴特沃斯滤波器、基于汉宁窗的FIR 滤波器以及基于谐波小波的滤波器3 种滤波方法对水泵机组振动信号进行滤波处理并进行对比分析。结果表明:巴特沃斯滤波器和基于汉宁窗的FIR 滤波结果中存在时域波形的时延和轴心轨迹的连线,滤波不完全,而基于谐波小波的滤波几乎能够完全滤除干扰;对于特定频段的滤波,基于谐波小波的滤波在频段范围比较小的时候优势更加明显。     

汽轮机转子振动故障非线性诊断研究

针对汽轮机转子振动故障的特点,根据Bently实验台所采集的4种典型汽轮机转子振动故障数据,运用分形盒维数、ARMA自谱函数、ARMA模型的二维双隐层神经网络和小波包分析方法研究了振动故障的非线性特征,进行故障诊断。诊断结果表明:不同故障盒维数不同,采用盒维数能够较好的对故障类型进行判别;各种故障的自谱函数幅值分布在不同的频段,有较好地区分度;采用ARMA模型的二维双隐层神经网络进行故障诊断,可以得到各种故障检验样本与目标函数在欧氏空间的最小距离,有较高的故障辨识力;运用小波包分析方法,可以获得汽轮机转子振动的故障状况,根据不同故障发生时的频谱特征,识别出不同的故障。     

大型高扬程泵站出水塔结构振动模态分析

针对大型高扬程泵站出水塔结构在运行过程中存在的振动问题,以甘肃省景泰川电力提灌二期总干六泵站出水塔结构为例,构建ANSYS环境下的泵站出水塔三维有限元仿真模型,在正常工作状态下采用子空间迭代法进行基于环境激励的模态参数辨识,并获取其模态振型,分析了泵站出水塔结构的振动特性。结果表明:该出水塔结构在运行期的基频为9.91 Hz,主振方向为垂直压力管道法线方向;结构的模态振型基本按照横向-竖向-扭转的规律进行,且主要发生在结构中部镂空立柱部位。数值分析结果与现场DASP测试结果基本相符,表明有限元子空间迭代法模拟分析结果有效可靠,实现方便。研究成果能为大型高扬程泵站出水塔的更新改造设计提供理论依据,同时能为灌区水工结构的模态参数辨识提供技术参考。     

多机组高扬程离心泵站下部结构优化设计

结合工程应用,针对多机组、高扬程离心泵站的特点,将主副厂房及进水池结合布置,下部结构与主厂房形成整体结构,既便于维护管理,又节省投资、充分利用空间。针对下部结构跨度大、体积大、受力复杂的特点,在设计中采取多种措施,包括采用补偿收缩混凝土、基岩与底板间设隔离层、增设外防水层、出水管与边墙采用柔性连接、机座与底板整体浇注、采用先进计算理论指导配筋。     

小舜江输水泵站液控蝶阀关阀时间及停泵方式改进

大流量高扬程长距离输水工程供水泵站常采用二阶段液控调节蝶阀来最大限度降低关阀水锤。小角度关阀时间长,加之常规关阀停泵的方式,通常会引起机组、管路及阀门较大的振动。从泵站实际特点出发,尽量缩短关阀时间,改变常规关阀停泵方式,有效减小了振动和噪声。     

自动化系统在江都三站改造工程中的应用

南水北调江都三站加固改造工程自动化系统包括微机监控和测控保系统,采用了冗余、PLC、微机测控保、智能传感器等技术,在传统参数检测的基础上增加了泵站主机组的转速、振动、摆度及出水流道真空度的检测,为泵站的实时检测和安全运行提供了数据参考。微机测控保系统针对泵站的反转发电功能进行了改进,通过压板来切换抽水或发电运行方式下的保护定值区。系统可供同类泵站自动化设计、管理人员参考。     

淮安三站结构振动特性及抗振分析

为分析淮安三站的结构振动特性及成因,采用有限元动力分析方法,根据灯泡贯流式泵站的结构特点,建立三维有限元模型,深入分析了淮安三站结构的自振特性、动力响应及振动成因,并针对振动问题进行了抗振减振措施研究。结果表明:淮安三站振动主要成因为下部结构与水流脉动压力发生共振,在水流脉动压力作用下淮安三站泵房结构所产生的动位移较大,基本接近建筑结构振动允许位移值标准;通过增加泵房楼板厚度和加大梁截面尺寸等措施可达到抗振减振的目的。     

二维数学模型在泵站上游水动力研究中的应用

泵站上游区域的水动力条件直接关系着泵站的运行状况,因此,为了解决其水动力条件,对一维、二维、三维水动力数学模型及泵站上游不同区域的水动力特性进行了分析,根据分析结果,提出了针对不同区域采用不同类型数学模型的技术方法,并将该方法用于对化子闸泵站上游整体区域水动力特性的研究。在研究过程中,采用了含自由水面的平面二维水动力模型以及简化的二维水动力模型,对泵站前池水流分别进行了水动力特性数值模拟研究,得到了满足工程研究需求、符合物理规律的研究结果。研究结果表明：所提出的技术路线可行有效,实际采用的方法科学合理,研究成果可为类似泵站工程的设计研究提供技术支撑,也可以为其他相关工作提供参考与借鉴。     

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。     

白山抽水蓄能电站暂态工况下机组振动特性研究

本文以白山抽水蓄能电站6号机组为研究对象,对发电开机、发电停机、抽水开机、抽水停机暂态工况下的机组振动特性进行了研究,着重分析了水导摆度和顶盖振动的时域与频域特性,为解决已投运抽蓄电站机组振动问题提供一点新的启示。     

叶片全调节泵站抽水装置性能计算

为获取泵站抽水装置性能数据,对南水北调东线万年闸泵站现有水泵装置模型试验数据进行拟合和换算,得到水泵装置的综合特性曲线。计入电机效率和传动效率后,得到泵站抽水装置综合特性曲线,并构造出装置扬程、流量、抽水装置效率及叶片角度之间的对应关系,获得在任意流量和扬程工况点所对应的水泵叶片角度和抽水装置效率值。最后应用插值算法生成抽水装置性能特性曲面。计算结果可作为泵站优化调度的基础数据。     

娘子关提水工程集泉二泵站基础处理设计与施工

集泉二泵站地下水丰富，岩体裂隙发育。泵房不满足抗浮稳定要求。采取了固结灌浆与打砂浆锚杆的基础加固措施。     

开敞式轴流泵振动原因分析及处理

中山市某泵站试运行期间水泵出现剧烈振动,机组不能正常运行。通过加装导水锥和蜗壳的整改方案,成功解决了水泵剧烈振动的问题,目前机组运行正常。     

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。