电站循环水泵进水流道水力特性及整流优化研究

循环水泵进水条件的优劣对循环水泵效率及是否出现汽蚀和振动有显著影响。针对某电站300 MW机组循环水泵振动问题,采用RNG湍流模型对其进水流道水力特性开展三维数值模拟研究,分析了进水流道整体水流流态、泵吸水喇叭口附近区域流场、泵体周围流速分布,并对其进行了整流优化改造方案研究。结果表明,循环水流道斜坡坡度较大,导致水流扩散不均匀,表面流速较大,在斜坡底面和进水池存在较大漩涡;泵吸水喇叭口截面水流严重不对称,出现较明显偏流,泵进水条件恶劣;采取有效整流消涡措施可以改善循环水流道水流流态,均匀流速,改善泵进水条件。     

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。     

大型泵站新型钟形进水流道流动特性的研究

钟形进水流道是我国大型泵站采用的两种最主要的进水流道形式之一.由于我国西南部地区年平均气压较低,在不增加基建投资及保障泵装置正常运行的要求下,提出了一种新的使通流面积变化率K趋近于常数的设计理论方法,对泵站的进水流道进行设计,并通过数值计算对新型钟形进水流道的流动特性进行了研究.结果表明:新型钟形进水流道的出口速度分布均匀度及速度加权平均角非常接近最理想值,完全满足叶轮室进口的流动要求;该设计方法已成功地用于云南某电厂4 × 600MW机组泵站进水流道的设计.研究结果为完善和简化传统钟形进水流道关键通流部件的设计提供了重要的理论依据.     

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...     

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.     

泵站水泵吸水室内水动力学特性分析

取水泵站内产生漩涡和泥沙沉积是影响泵站效益发挥的两个重要问题。该文以巴基斯坦拉合尔地区南迪普电站的取水泵站为研究对象,采用物理模型试验和CFD(computational fluid dynamic)相结合的方法,研究了吸水室在设置M型防涡装置后,水泵吸水管内及进水流道内的水动力学特性。结果表明:基于CFD的模拟技术,成功重现了吸水管内涡核区的分布;当设置M型防涡装置后,吸水管内最大涡流角为4.82°,相对无防涡装置时,降低了72.69%;通过定义流速的标准差定量的表证水流均匀性,同时,解释了M型防涡装置的消涡机理。该研究为大型取水泵站的设计提供了有益的参考。     

工况调节与传动方式对贯流泵结构和装置性能的影响

对不同工况调节和传动方式的贯流泵机组结构型式和性能进行了比较。运用计算流体力学,对采用相同水泵模型而工况调节方式不同的3套灯泡贯流泵装置进行数值模拟,评价不同工况调节方式对贯流泵装置性能的影响。计算结果表明,由于机组结构型式不同,在进水流道中安装变角调节机构的水泵装置,取得较低的装置效率,其中较长的进水流道和调节装置对水流的阻碍,降低水泵装置效率1.0～1.5%左右。采用变速调节机构的水泵装置能取得较高的装置效率,部分原因是进水流道较短,部分原因是装置结构型式不同。变频调节机构消耗的功率约占电机输入功率的3～4%,变频调节提高的装置效率,可能抵消不了这部分功率损耗。     

前后串列布置的吸水管周围流场PIV实验研究

水泵进水池中沿来流方向前后串列布置多根吸水管时,其周围流场具有复杂的三维、不稳定、强紊动的特性.本文在玻璃水槽内对不同管间距条件下的吸水管周围进行了大量的PIV流场量测实验,通过流场分析显示,上游吸水管的尾流作用加剧了下游吸水口的水流紊动强度,流场多处出现表面旋涡和水内旋涡,其运动形态复杂多变.同时,随着吸水管设置间距的缩短,吸水口附近流速分布趋于不均匀,旋涡涡量逐渐增强.     

大型循环水泵流道整流试验研究

针对某电厂大型循环水泵流道短、落差大、流道转弯多导致吸水前池进流条件恶劣的问题,对原设计流道的水流流态、水泵吸水管内流速分布和水流旋转强度等进行了试验研究。试验结果表明,吸水前池下部主流区存在较强旋度的环流涡、吸水管内存在较强的螺旋流是影响水泵进流的主要原因。采取在吸水室布置胸墙的方式进行整流,给出了优选的胸墙底部高程,实施此措施后提高了泵的可靠性。     

抽水蓄能电站竖井式进出水口水力试验研究及数值模拟

竖井式进出水口在抽水蓄能电站上库的应用和研究情况在国内较少。本文结合某抽水蓄能电站上库模型试验任务,利用模型试验及数值计算方法,对某体型进出水口的发电和抽水各种工况下的进出水口流速分布、水头损失、旋涡等水流特征进行了分析研究。从堰型和防涡梁角度进行了体型优化,提出了阶梯防涡梁的优化体型。该研究内容,对于双向水流的流道研究,具有重要的参考价值。     

水泵吸水池的改进和PIV试验验证

水泵吸水池设计的合理与否，会直接影响到泵站的运行效率和安全，在新型水泵吸水池设计中采用了三种结构:封闭式池身结构、双进口流道结构和倒角过渡结构。应用PIV（粒子成像测速）技术对这种吸水池模型的内部流动进行全场量测，试验结果表明这种吸水池结构能够很好的避免和减少各种涡的发生，优化了吸水池内部的流动状态，从而提高了泵站的效率和性能。     

循环水泵流道研究与应用

由于安装位置的限制,某电厂循环水泵房和机力通风塔的水平距离仅十余米,纵向落差达4.6 m,采用2次转弯达90°的暗涵流道来连接机力塔水池和吸水室,导致吸水前池进流条件较为恶劣,其对循环水泵的运行效率和安全影响十分突出。为解决这一问题,进行了水工模型试验。结果表明,在吸水室前部布置足够深度的胸墙后,能够有效消除上游弯道进流引起的环流,水流经胸墙调整后变得均匀稳定,而胸墙布置深度是优化吸水室流态的关键参数,为此进行了多方案试验,选择出最佳胸墙布置深度,使循环水泵吸水管管内涡角平均值降至零左右,基本消除喇叭口附近及吸管内水流的旋转流动,吸管喇叭口进流稳定,流速分布更为均匀,能较好满足水泵高效、稳定的运行要求。此外,还对事故停泵工况进行了研究,给出2种循环水泵吸水室排气的设计方案。将试验所得优选方案运用于工程实践,效果良好。     

多工况下混流泵叶轮非定常空化特性分析

叶轮空化是降低混流泵水力效率与使用寿命的重要原因之一。为进一步优化叶轮流道,改善混流泵的空化性能,基于计算流体力学方法对某混流式模型泵进行全流道汽液两相流非定常流动数值模拟,以分析0.5Q~1.0Q工况下混流式叶轮的空化特性。重点探究不同空化余量对空泡体积分数的影响,研究空泡的分布特点,捕捉空泡随时间的变化规律。结果表明,在叶轮背面进口边附近最先初生空化,体积组分大的空泡多集中于叶片头部,若空化余量足够低,整个叶轮流道将被空泡占据。随着流量的降低,混流泵的临界空化余量值有所下降,但流量越低空泡严重发展的速度越快,且空泡含量的变化成指数函数增加。     

叶顶间隙对多相混输泵多工况增压性能的影响

叶顶间隙的存在会导致混输泵内有叶顶泄漏涡产生,进而对泵的增压性能产生较大的影响。本文以叶顶间隙为基础,定量地研究了不同叶顶间隙、流量及进口含气率对混输泵增压性能的影响。研究发现：叶顶间隙对混输泵做功性能的影响主要位于叶轮域内,且叶顶间隙的增加对于混输泵的做功性能有一定抑制作用;当叶顶间隙较小时,流量对叶轮做功性能都有明显的影响,而随着叶顶间隙的增加,流量对叶片表面压力载荷分布影响相对较小;当叶顶间隙为0.5 mm和1.5 mm时,随着进口含气率的增加,叶片吸力面压力载荷逐渐减小,而压力面的压力载荷略有增加,而当叶顶间隙为1.0 mm时,叶片表面压力载荷受到进口含气率影响很小。研究结果为混输泵增压性能提升提供一定参考依据。     

侧边机组故障对泵站前池流态的影响

为研究侧边机组故障对泵站前池流态的影响,本文建立了某泵站引渠、前池、进水池与吸入管三维数值模型,并基于VOF模型开展了数值计算。然后,根据计算结果分析了不同侧边机组故障情况对前池和引渠内流态的影响。最后,引入了流速分布均匀度作为量化指标,阐述了不同侧边机组故障情况对中间机组的吸入管进口流速分布的影响规律。结果表明:侧边单台机组故障时,前池内部流速分布相对无故障变化较小,但故障机组吸水池内产生大尺度漩涡,进而导致前池出口断面流速畸变,发生流速掺混现象;侧边机组全部故障时,前池内部产生大尺度涡系,造成前池出口断面流速严重掺混现象,且范围更大,并显著影响中间机组吸入管进口流态,造成进口流速不均匀分布,进而对中间机组运行产生不利影响。     

小流量工况下采用孔式机匣的离心压气机内部流场分析

实验结果表明,应用于半开式离心压气机的孔式机匣处理方式可以有效扩大压气机的稳定工作范围,而且不会降低压气机的效率。采用数值计算方法,比较了某离心压气机叶轮有无孔式机匣处理的内部流动情况,计算结果与实验结果相符。通过对小流量工况下计算结果的分析发现,孔式机匣处理结构对压气机叶片通道上部区域的流动影响显著,抽吸流量重新进入叶片通道后可以降低叶片通道入口局部的气流冲角。孔式机匣处理结构还可以抑制叶顶间隙涡,补偿抽吸掺混带来的损失。     

箱型双向流道轴流泵装置内部流动的数值模拟和试验研究

箱型双向流道泵装置结构简单,实用性好,然而传统的箱型双向流道泵装置存在泵装置效率较低、进水流道内易产生水下漩涡的问题,导致机组振动,危害运行安全。针对此类问题提出新型曲线扩散出水结构和进水导流墩设计方案,用于箱型双向流道泵站的更新改造。通过箱型双向流道泵装置内流场的数值模拟计算,分析了流动规律,获得了泵装置外特性曲线。同时在标准模型水泵试验台上进行了模型的性能试验,并与计算的性能曲线进行了比较,二者在高效区较为接近,说明计算可信。新的设计方案提高了泵装置效率,消除了水下漩涡,可以有效地保证泵机组运行的经济性和安全性。     

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。     

设平衡孔时气液混输泵内部流动及轴向力分析

本文采用两相混合模型进行数值模拟计算,探究了不同进口含气率条件下,设置平衡孔对气液混输泵外特性、内部流动及轴向力的影响。研究发现：各工况条件下,设置平衡孔后该混输泵的轴向力均明显减小;从平衡系统回流的高压流体对转轮内部流动状态产生扰动,同时能破坏和夹带转轮流道内聚集的气泡;综合考虑对混输泵的性能和轴向力的影响,在较低进口含气率时采用平衡孔方法平衡混输泵轴向力的方法是可行的;平衡系统进出口压力系数随比面积系数增大而非线性减小,平衡孔的直径过大会导致混输泵的容积损失问题,因此平衡孔直径设计存在最佳值;对比发现平衡孔设在转轮叶片吸力面时转轮的轴向力幅值和脉动相对较小。研究结论可为后期多级气液混输泵平衡孔平衡轴向力系统的设计和优化提供思路和借鉴。