后置灯泡贯流泵压力脉动特性数值模拟

为研究不同工况下某南水北调泵站后置灯泡贯流泵叶轮导叶压力脉动规律,通过计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD)对偏流量、偏水位工况叶轮导叶区压力脉动进行计算与分析,结果表明：叶轮导叶区压力脉动时域图周期性明显,叶轮叶片个数对压力脉动主次频有一定影响,叶轮导叶区主次频均为整倍数叶频,叶轮导叶区压力脉动幅值整体从轮缘到轮毂呈减小趋势,叶轮区的压力脉动幅值明显大于导叶区。非设计水位工况下叶轮导叶区压力脉动幅值略大于设计工况,主次频未发生明显变化;非设计流量工况中小流量工况与大流量工况压力脉动幅值均大于设计工况,各个监测点的小流量工况压力脉动幅值为设计工况的2~3倍,且在此工况下低频脉动明显。可见非设计工况运行对机组压力脉动幅值的影响较大,长期在非设计工况下运行严重影响机组运行效率,泵站运行应尽量避免非设计工况运行的情况。研究结论可为泵站日常运维和研究异常水力振动提参考。     

大型竖井贯流泵压力脉动及轴系模态优化

为研究某大型竖井贯流泵的稳定性,基于ANSYS Workbench软件对南水北调某泵装置进行全流道数值模拟来研究水泵的压力脉动分布规律和轴系模态。计算结果表明:贯流泵转轮进口及出口处监测点的压力脉动时域图呈现出周期性;压力脉动的主频多为转频和转轮倍频,脉动幅值有随着扬程增大而增大;转轮转动是形成轴向水推力的主要因素,轴向力和径向力随着扬程的增大而明显增大;轴系在水体中固有频率下降幅度较小,干湿模态的高阶频率基本一致;对比非定常计算结果和模态分析结果,与转轮的固有频率差距较大,不容易引起共振,满足结构强度要求;模态优化结果显示,随着主轴直径的增大,轴系各阶的固有频率出现逐渐增大的趋势,而增长主轴长度,各阶的固有频率出现逐渐减小的趋势,同时轴承长度的增长会导致各阶的固有频率随之增大,其中增长轴承长度以及增大轴直径的变化对固有频率的影响更为明显,1阶频率分别增大83%和18%。研究结果为贯流泵装置水力设计和稳定性分析提供一定的参考。     

导叶相对距离对S形轴伸式贯流泵压力脉动特性的影响

为了分析不同导叶相对距离对S形轴伸式贯流泵装置压力脉动特性的影响,采用ANSYS CFX软件对4种不同导叶相对距离的泵装置进行了三维定常与非定常计算,并通过模型试验验证数值模拟计算的可靠性。结果表明:泵装置扬程与效率随导叶相对距离的增大先增加后减小,导叶相对距离对扬程的影响趋势更明显;导叶相对距离对监测点主频频率没有影响而对幅值影响较大;当导叶相对距离增大时,在导叶进口处,主频幅值逐渐减小,断面高压力脉动强度面积逐渐减小,近轮缘侧压力脉动强度变化比近轮毂侧更明显;在导叶出口处,各频幅值先减小后增大,断面高压力脉动强度面积先减小后增大;导叶相对距离为16 mm时,泵装置综合性能最优。     

混流式水轮机压力脉动特性研究

为探究不同长短叶片比例对混流式水轮机压力脉动特性的影响,基于流场数值模拟的计算方法,对不同长短叶片比例的混流式水轮机进行全流道三维非定常湍流计算。计算结果表明,混流式水轮机内部的压力脉动主要由转轮和导叶的动静干扰以及尾水管的低频压力脉动所致;当短叶片出口离转轮旋转轴最近点处与长叶片直径之比为0.6时,混流式水轮机效率最高,为92.66%,且该混流式水轮机各过流部件对应的压力脉动幅值以及振动幅值也最小,水力稳定性最好。对研究背景、计算方法与步骤,以及计算结果的分析等情况均作了较为详细的介绍。     

灯泡贯流泵典型故障诊断分析

针对灯泡贯流泵存在的典型故障,介绍了大型灯泡贯流泵典型故障的发生原因以及解决措施,从典型故障案例出发,介绍了灯泡贯流泵泵站运行典型故障的预防措施,结论可为同类型泵站的运行管理提供参考.     

贯流泵导叶应力应变及振动特性数值模拟

为了获取贯流泵固定导叶的应力应变和振动特性,基于单向流固耦合法,开展多流量工况下后置灯泡贯流泵固定导叶应力应变和湿模态分析。结果表明：随着流量的增加,导叶片表面最大等效应力和应变量整体趋于减小;小流量和设计流量工况下,导叶片表面的等效应力和应变分布相似;大流量工况下,等效应力沿水泵导叶根部分布,占整个吸力面达90%,较大的应变则出现在导叶片外缘的中上部,变形区域约占整个导叶的60%;导叶固有频率与流量工况关联性不大,其值随着模态振型的阶数增加而增加,共振风险分析中可以忽略流量因素的影响。研究成果对贯流泵固定导叶优化及运行稳定性的提高有一定借鉴意义。     

离心泵后泵腔轴向宽度对泵腔区域压力脉动特性的影响

为研究不同后泵腔轴向宽度下离心泵泵腔区域压力脉动的分布特性,以比转速为136的离心泵作为研究对象,在设计工况基于ANSYSCFX软件的SST湍流模型对6种不同后泵腔轴向宽度的离心泵外特性、内流场及压力脉动进行数值计算,最终得到离心泵定常压力及时域和频域分布规律。结果表明：随着后泵腔宽度的增大,扬程和轴功率均有不同程度的上升,效率曲线呈驼峰状,说明存在一个最佳宽度使流动损失最小;在设计工况下,同一泵腔宽度的0°和180°方向压力值较小,而90°及270°方向则相反,说明蜗壳型式对压力分布有一定约束作用;随着后泵腔轴向宽度的增加,泵腔中心截面距离叶轮盖板壁面越远,压力变化率越小,说明合适的泵腔宽度有利于改善泵腔内流动的均匀性;后泵腔压力脉动集中在0 Hz-2 300 Hz内,主频均呈现为1倍叶频,压力脉动幅值随宽度增加呈先降后增趋势,即宽度b取18.9 mm时,后泵腔压力脉动幅值有效衰减,此时压力脉动稳定性明显改善。通过后泵腔轴向宽度的研究为改善泵腔性能及机组运行稳定性提供参考。     

基于流固耦合的竖井贯流泵强度分析

简要地介绍了流固耦合及其分类,结合不同流固耦合方法的特点,选择了顺序流固耦合对竖井贯流泵强度分析。将流体动力学分析软件CFX与有限元分析软件Static Structural(ANSYS)在Workbench中有效地结合,运用顺序耦合的方法对国内某大型竖井贯流式泵站的叶轮和导叶在最大扬程、设计扬程和最小扬程3种工况下的强度进行了研究分析。     

不同叶顶间隙下斜流泵轮缘压力脉动特性的数值分析

为了阐明斜流泵小流量工况下近叶顶间隙区域的压力脉动特性,揭示不同叶顶间隙RTC对斜流泵瞬态运行稳定性的影响,对斜流泵模型进行非定常数值模拟。选取叶顶间隙RTC分别为0、0.5、1和1.5 mm的4种方案,基于LES大涡模拟、SIMPLEC算法与结构化网格,通过压力脉动频谱分析,了解RTC与近叶顶间隙区域压力脉动的内在关系。结果表明,RTC引起的泄漏流与主流掺混加剧了叶顶间隙区域流动的不稳定性,降低了叶片的做功能力;较大的RTC可以有效减少叶顶间隙区域的高频压力脉动,但引起的泄漏流加剧;随着RTC的增大,叶轮近壁区压力脉动平均值逐渐减小,水力性能下降。斜流泵设计时,选取适当小的RTC可以提高斜流泵的整体水力性能。     

双向潜水贯流泵能量特性与振动模型试验

结合上海北横泾双向潜水贯流泵,进行了模型泵正、反向能量和振动试验研究.结果表明:正向工况水力损失比反向工况偏大, 效率比反向工况要低一些;高扬程下模型泵容易发生空化,流态出现紊乱,装置振动又加剧了空化形成和汽泡溃灭,导致水泵效率有所下降,低扬程(H=1～2 m)下双向潜水贯流模型泵具有良好的水力性能;正向工况模型最高效率区为59%～60%,反向工况模型最高效率区为60%～62%,且在高效率区附近,试验装置振动平稳,振幅较小,适用于低扬程双向泵站.     

混流式水轮机尾水管非定常流动模拟及不规则压力脉动预测

混流式水轮机尾水管内螺旋形涡带引起的压力脉动是造成混流式水轮机组振动的主要根源之一,严重威胁机组的安全运行.本文基于CFD技术对一大型混流式水轮机尾水管压力脉动进行了数字化预测,文中首先对该水轮机在典型偏工况下尾水管的内流进行了长时间非定常计算,然后详细讨论该工况下尾水管内死水域与涡带的运动规律,并预测了尾水管的不规则压力脉动,最后对压力脉动预测值进行了分析,结果表明其波形、频率、相位与实际基本一致,证明文中压力脉动的预测方法是可行的.     

竖井贯流泵装置在定波枢纽泵站中的应用分析

定波水利枢纽泵站具有排涝、引水双重功能,设计排涝总流量为120 m3/s,泵站的泵装置结构选型和性能参数的确定合理与否直接影响工程建设的成效.对比分析立式轴流泵装置、斜15°轴伸泵装置和竖井贯流泵装置3种常用低扬程泵装置结构型式的优缺点,结合该工程的特点确定竖井贯流泵装置的设计方案.综合考虑泵站总投资、泵装置综合性能、...     

低扬程灯泡贯流泵水力特性及内部流场数值模拟

为了更加深入地研究灯泡贯流泵及其后置导叶的水力性能,采用CFD方法,借助于RNG k-ε湍流模型,应用SIMPLIEC算法,对灯泡贯流泵装置全流道进行了数值模拟,分析了其在4种特殊流量工况点下机组后置导叶的流动特性,研究了灯泡贯流泵的内部流动特征。结果表明:在最优工况点时,泵装置的内部流态较好,水流平直顺畅,导叶的导流作用最好;在小流量工况下,泵叶轮进口处出现了大范围的回流、漩涡区,叶轮出口处出水流的流态紊乱,相邻叶片翼型周围有明显的回流区,后置导叶翼型周围的流态紊乱,存在大范围的不良流态区域;在大流量工况下,叶片周围流态较好,出水流态内的回流区较少,但导叶周围的流态较差。可见,后置导叶对叶轮出口处水流的导流作用明显,偏离最优工况时,导叶区的水力损失较大。     

高扬程贯流泵湍流流动及流固耦合数值模拟

基于设计完成的高扬程贯流泵模型,应用Ansys Workbench软件,对高扬程后置灯泡式贯流泵内部的流动情况及结构静应力进行数值模拟,模拟讨论了在不同工况下的高扬程贯流泵运行时的湍流流动,在小流量工况下,贯流泵内部流态紊乱,会产生噪音及空化等问题;继而采用单向流固耦合的方法,模拟不同工况下泵叶轮部分的流动情况,最大等效应力随半径减小而增大,应力集中出现于工作面与轮毂交接处,形变则随着半径增大而增大,其最大值出现在轮缘处。在进行高扬程贯流泵优化设计时,需注意小流量工况时的流动特性及叶轮根部的强度校核。     

基于BP-ANN的贯流泵装置能量性能参数的预测及分析

为了分析和解决水泵转速变化超过20%时,通过水泵相似律换算的泵装置能量性能参数存在显著差异的问题,构建了基于水泵转速和泵装置扬程两个参数预测泵装置流量和水泵轴功率的曲面函数方程,并将不同转速贯流泵装置非线性特性的能量效率性能曲线转换为基于BP-ANN的不同转速贯流泵装置能量效率参数的预测模型,确定了效率参数预测模型的输入模式,给出了BP-ANN网络结构。BP神经网络预测模型经试验数据验证,预测的泵装置效率绝对偏差在1%以内,为泵装置的变速调节及性能换算提供了参考依据。     

灯泡贯流泵装置的基本流态分析

为了回答灯泡贯流泵装置中的灯泡体究竟应该前置还是应该后置的问题,应用水泵装置三维湍流数值模拟的方法分别研究了南水北调东线工程某泵站前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置两个不同方案的流态,揭示了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置的基本流动属性;数值模拟的结果得到流道模型试验的验证。研究结果表明:前置灯泡贯流泵装置的进、出水流态均匀平顺,水力损失较小;后置灯泡贯流泵装置的进水流态均匀平顺,但出水流道内存在明显的偏流和旋涡流动,水力损失较大;灯泡体前置符合水力学的基本原理,是获得最佳灯泡贯流泵装置水力性能的必要条件之一。     

湿定子潜水贯流泵装置全流场分析

江西萍乡鹅湖泵站采用了四台叶轮直径2 250mm的湿定子潜水贯流泵,为探究不同叶片安装角度对该泵的性能及内部流动的影响,选用了比转速ns=850的湿定子潜水贯流泵模型泵为研究对象,对不同叶片安装角度和不同流量下的泵装置进行内部全流场分析,并预测其性能.研究结果表明:叶片进口角度从0°变到+4°时,对于湿定子潜水贯流泵装置,稳定运行的工况下的扬程性能曲线上移,效率性能曲线右移,高效区变宽.蝶阀导致小漩涡的产生,影响管内流动;小流量工况下,水流在流经导叶的背面时出现了明显的脱流情况.     

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。     

水泵水轮机泵工况旋转失速压力脉动特性及转动机理

水泵水轮机在泵工况部分负荷下运行,叶道内易发生旋转失速,可诱发剧烈的低频压力脉动,严重影响水电站的安全稳定运行。本文采用尺度自适应(SST-SAS)湍流模型对某模型水泵水轮机泵工况进行全流道非定常数值模拟,得到不同工况点下旋转失速引起的压力脉动特性及失速涡团的周向转动机理。结果显示,在40%~80%设计流量下运行时,导叶区发生旋转失速,失速涡团的转动频率为叶轮转频的3.3%~8.1%。旋转失速发展强度越剧烈,转动越慢。旋转失速周向转动的机理是:失速与非失速相邻导叶流道内存在较大压力梯度,在其作用下,失速流道内流体从活动导叶与固定导叶之间通道流向非失速流道,加剧非失速流道内流动分离。被阻碍的水流与无叶区主流叠加流向下一流道,并在活动导叶吸力面进口前缘产生局部低压,导致当前非失速活动导叶流道在进口与出口之间的逆压梯度增强,使流体反向流动,流道产生失速。     

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。