15度斜式轴流泵装置水动力特性实验研究

15度斜式轴流泵装置是我国近年在低扬程、大流量泵站引入的一种新型泵装置,由于出水流道前端呈S形弯曲,流道内的二次流导致某些工况下压力脉动和振动较大,这一问题尚有待深入研究。本文针对浙江盐官泵站技术改造所研制的新型15度斜式轴流泵装置进行了水动力学特性的实验研究。研究发现,与泵段相比,斜式轴流泵装置的最优工况点向负叶片角度和小流量区偏移。泵装置在较小叶片角度下的空化特性优于大叶片角度;当装置空化余量低到使泵装置效率下降1%时,叶片背面出现占据近1/3叶道区域的空化区。斜式轴流泵的飞逸转速在较大负叶片角度时可达额定转速的1.73倍。斜式轴流泵压力脉动在导叶出口、出水弯管和出水流道内明显高于常规立式轴流泵;从水泵进口方向看,当叶轮逆时针方向旋转时,斜式轴流泵装置出水流道隔墩左侧流量大于右侧。本文研究成果为大型斜式轴流泵站优化设计和稳定运行提供了新的科学依据。     

导流板对大型斜式泵装置出水流道水力性能的影响

为消除大型斜式泵装置出水流道内存在的偏流及旋涡,该文以某泵站泵轴倾角为20°的斜式泵装置为研究对象,采用经过模型实验验证的数值模拟方法对斜式泵装置三维湍流流动情况进行了计算,根据斜式出水流道三维形体特征和流场计算结果分析了斜式出水流道内偏流及旋涡产生的原因,提出了采用导流板解决偏流问题的方法,并研究了导流板对斜式出水流道偏流系数、水头损失和旋涡范围的影响。结果表明:斜式泵装置出水流道内存在严重的偏流和旋涡问题,顺水流方向看,流道内的主流明显偏于左侧,同时在流道右侧下部出现了较大范围的旋涡区;斜式出水流道内的偏流是因进口的螺旋状水流作用在"S"形弯曲的流道中而导致的;在斜式出水流道"S"形弯曲段内设置导流板可有效消除流道进口水流的旋转,解决斜式出水流道的偏流问题,并消除了出水流道内的旋涡;随着导流板长度和数量的增加,斜式出水流道偏流系数逐渐减小而水头损失逐渐增大,导流板长度和数量需根据偏流系数、流道水头损失以及流场分布情况等综合确定。     

45°斜式轴流泵装置的流动特性分析与实验

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用CFX软件计算了对某一45°斜式轴流泵装置在额定转速下210 L/s~370 L/s流量范围内多个工况点的内部。分析了进、出水流道的流动特性,重点研究了旋转叶轮对进、出水流道内流场及水力性能的影响,预测了泵装置的水力性能。通过计算得出泵装置的水力性能,并与泵装置模型试验结果比较,表明斜式轴流泵在低扬程泵站中具有较优的性能特性。研究结果对低扬程泵站的水力设计具有重要的参考价值。更多还原     

大中型轴流泵站采用钢制流道的水力分析及振动研究

正以淮河入海水道二期工程渠北排灌处理工程中大型轴流泵站为依托,对泵站采用钢制流道进行了水力分析和振动研究。开展了轴流泵泵装置三维湍流流动数值模拟分析和优化水力设计研究,钢制流道合理分段数值计算研究,钢制结构流固耦合计算和耦联振动研究。针对典型泵站采用异形钢制流道,通过CFD数值模拟,优化提高了钢制进、出水流道的水力性能,提出了钢制肘形进水流道肘弯段和出水流道弯管段的合理分段方案,建立了全过程模拟钢制流道、流道内水体、机墩以     

某立式轴流泵 CFD 计算与模型试验性能比较分析

针对宣州区某立式轴流泵站水泵装置进行分析,验证水泵设计选型的科学性、合理性,尽量减少和避免如伴随冲击、二次流、汽蚀等有害物理现象,防止影响机组的安全运行。设计中采用 CFD 技术对立式轴流泵装置全流道进行了数值模拟计算,并针对进水流道、泵段、出水流道的内部流态进行了分析判断应用,从而得出立式轴流泵全工况外特性。结合水泵装置模型试验得到水泵试验外特性数据,对比试运行参数,验证了水泵基本性能。结果表明 CFD 计算能初步快速的判断避免不利流态,试运行的工况点水泵性能与 CFD 计算和模型试验结果较相近。因此,对大中型立式轴流泵站同时进行 CFD 计算和装置模型试验是必要的,均对水泵的性能可做出比较准确的判断。     

轴流泵站进水流道水力设计简介

轴流泵站的进、出水流道布置,对泵的正常运行、效率以及泵站建设工程量(造价)有很大影响.近年来大型轴流泵的发展,对水工建筑物的经济性及水力条件,提出更高的要求,也出现一些新的结构型式.轴流泵进、出水流道布置可以是整体考虑的,如贯流式泵组的直管形流道,斜式或轴伸式泵组的半管型流道;也可以是分立的,如肘型或钟型进水流道,蜗室出水流道、虹吸式或直管式出水流道等.而分立的进、出水流道可以是多种组合的形式.     

立式轴流泵装置虹吸式出水流道水力特性CFD研究

虹吸式出水流道结构形式及内部流动特性对立式轴流泵装置水力性能影响较大,基于定常不可压缩流体的控制方程和重整化群湍流模型应用SIMPLEC算法,模拟了不同型式的虹吸式出水流道轴流泵装置内流动特性。定性地分析了几种经过型线优化的虹吸式出水流道内流场特征,定量地研究了多工况条件下虹吸式出水流道内水力损失及特征断面水流流态的差异。研究表明,在导叶体出口剩余还量的影响下,不同工况下虹吸式出水流道内水流流态存在明显差异;同一工况条件下,不同型式虹吸式出水流道内水流流态也存在一定差异;虹吸式出水流道内水力损失主要集中在驼峰断面前的流道上升段,流道整体水力损失与流量未呈二次方关系;轴向速度分布均匀度与速度加权平均角随着流量的变化呈现相同的波动趋势;随流道上升段倾角的增大(下降段倾角减小),驼峰断面速度加权平均角均值呈逐渐减小的趋势,变化范围在0.1°~2.8°之间,不同方案的驼峰断面轴向速度分布均匀性较好,均值的变化范围较小,在0.1%~2%之间。     

轴流泵直管式出水流道内流场数值模拟及PIV测试

为了研究轴流泵装置直管式出水流道结构变化段内部流动特性,采用数值模拟结合PIV流场测试技术,分析了不同工况下直管式出水流道结构变化段进出口面的速度环量,以及特征截面的速度及流线的变化规律;定量分析了不同工况下,直管式出水流道进口面各监测点的速度脉动时域及频谱特征。结果表明:直管式出水流道结构变化段的流量比与流道进口面平均速度环量,均随流量的增加呈先减小后增大的趋势。从出水流道结构变化段出口面平均速度环量分析,中隔墩对出水流道内流场的调整效果随工况的不同而有明显差异。不同工况下出水流道进口面各监测点的速度脉动主频均为0.5倍转频。数值计算和PIV流场测试获得的直管式出水流道内部测试区的流线及速度云图的整体趋势相同。     

箱涵式泵装置的数值模拟研究

采用基于CFD数值模拟计算研究箱涵式泵装置的水力性能,对泵装置不同流量工况点进行数值计算并分析。结果表明:在设计工况下,泵装置运行效率较高,最高效率可达到70.04%,对应的扬程为1.736m,最高运行扬程与最优运行扬程比值达到2.3,说明了该箱涵式泵装置非常适用于扬程变化较大的泵站,同时进水流道的水力损失随着流量的增加而增大,出水流道的水力损失随着流量的增加先减小再增大,在设计工况附近出水流道水力损失最小。     

补料长度对井筒式出水流道水力性能的影响

为研究补料长度L对立式潜水轴流泵装置中井筒式出水流道水力性能的影响,设置L=0 mm、L=60 mm及L=120 mm的3种补料长度方案,并基于RNG k-ε模型对泵装置进行定常CFD数值模拟。研究不同补料长度下井筒式出水流道特征断面内部流动特性、水力损失及泵装置扬程效率,结构表明:补料长度越大,出水管内部的流态越平顺、静压分布越均匀,出水流道的水力损失越小,泵装置不同流量下的扬程效率也越高。综合来看,在井筒及出水管的连接段增设一定长度的补料能够有效地平缓出水管进口的流态,但过长的补料区域会带来加工上的不便,不能很好的体现立式潜水轴流泵装置的经济实用性,因此,在实际工程中,应该结合实际成本综合考虑。     

整流罩在泵站肘形进水流道中的应用效果分析

肘形进水流道广泛应用于大型低扬程泵站,其弯曲段的内侧与外侧曲率半径相差较大,故流道出口存在较严重的流动不均匀性,从而影响泵站工作效率。针对此问题,本文设计了一种装在肘形进水流道末端的整流罩,并采用计算流体力学方法对传统肘形进水流道和加装整流罩的进水流道进行了对比分析。研究发现,传统肘形进水流道在弯曲段内,内侧流速比外侧流速高28.4%。在进水流道末端加装整流罩之后,进水流道出口速度分布均匀度基本保持不变,但设计工况下出口水流平均偏流角由原来的13.1°减小至4.3°,降低70%以上,水泵扬程增加2.3%,水泵效率增大2.5%。上述结果表明,整流罩在减小了进水流道出口水流平均偏流角之后,使水泵进口流态得到改善,从而降低了泵内流动损失,提高了水泵扬程和效率。该项研究工作对改善大型泵站水力设计,提高泵站运行效率具有参考价值。     

轴流泵装置分部结构对装置性能的影响分析

基于k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用CFX软件对轴流泵装置进行三维流动数值仿真计算,分析各分部结构对水泵性能及泵装置性能的影响,以找寻泵装置优化设计中的关键部件。计算结果表明,肘形进水流道能保证良好的进水条件,使叶轮进口流速均匀度达到90%以上,叶轮效率达到92%左右的较高数值。肘形进水流道的水力损失取决于弯肘段的水力损失;出水流道产生的水力损失在整个泵装置中占比最大,出水流道弯段和出口的水力损失为主要部分;因此进水流道弯段和出水流道是泵装置优化设计的关键部件。出水流道中涡量沿程减小,在流道弯段涡量下降最大,且流量越小下降的越大。     

基于全模拟的水泵装置模型虹吸出水流道水力特性分析

虹吸式出水流道是大型泵站出水流道的主要形式之一,由于实际工程地形条件的限制,南水北调东线水源工程江都一站所采用的虹吸出水流道在工程设计中并不常见。针对江都一站泵装置模型虹吸出水流道,通过CFX软件对该泵装置全流道进行数值模拟,研究虹吸出水流道内部水流的运动特性、预测水力性能。计算结果表明管路水头损失主要来自于弯管段的水头损失,从出水流道进口至出水流道出口涡量呈现下降趋势,但是在出水流道出口,由于截面面积过大导致出口截面速度分布不均且引起了涡量的增加。对该泵装置进行外特性预测得到的结果与试验数据的整体趋势基本一致,表明计算结果真实可信。     

CFD SIMULATION OF 3D FLOW IN LARGE-BORE AXIAL-FLOW PUMP WITH HALF-ELBOW SUCTION SUMP

1. INTRODUCTION Axial-flow pumps are usually designed for pumping large volumes of water against low pressure head. Suction sump is one of key elements in pump stations. For pumps with larger than 2 m, closed type suction sump plans are used to provide pr…     

轴流泵不稳定流场的压力脉动特性研究

流场压力脉动是影响大型轴流泵运行稳定性的关键因素,本文采用时间相关的瞬态流分析理论及大涡模拟方法研究轴流泵内部非定常流动,得到了不同工况下泵内水压力脉动结果。通过与实测扬程和功率对比,证明本文所提出的方法可较准确地反映泵的流动特征。研究表明,轴流泵内最大压力脉动发生在叶轮进口前,压力脉动频率主要受叶轮转频控制;在叶轮进口与出口处,从轮毂到轮缘压力脉动逐渐增大,而在导叶中间及导叶出口处,结果正好相反。偏离最优工况越远,脉动的相对振幅越大,在60%流量工况下泵内压力脉动约为最优工况的2倍。     

Numerical analysis of cavitation within slanted axial-flow pump

In this paper, the cavitating flow within a slanted axial-flow pump is numerically researched. The hydraulic and cavitation performance of the slanted axial-flow pump under different operation conditio...     

低扬程立式轴流泵出水流道基本流态及水力性能的比较

采用数值计算和模型试验的方法对低扬程立式轴流泵虹吸式和直管式2种不同形式的出水流道进行了比较,揭示了这2种出水流道的基本流态,测试了这2种形式出水流道的水力损失。结果表明:在低扬程的条件下,虹吸式出水流道内的水流转向更为有序、扩散更为平缓、水力损失更小,对于年运行时数较多的大型低扬程泵站,在上游水位变幅允许的条件下,应优先选用水力性能较好的虹吸式出水流道。     

基于CFD方法的竖井贯流泵装置进出水流道优化设计

运用计算流体动力学方法,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,针对通吕运河水利枢纽工程贯流泵装置特征扬程和设计参数对全流道进行数值模拟,在给定的水位资料和土建控制尺寸范围内,对竖井贯流泵装置进、出水流道进行了CFD分析和水力设计优化。通过对三种不同竖井宽度的进水流道内部流态分析、水力损失计算和泵装置效率预测,优选竖井最大宽度确定为5.4 m,该方案设计工况下进水流道水力损失为0.053 m。通过对三种不同出水流道设计方案内部流态分析、对水泵的效率影响和水力损失计算,上翘角对直管出水流道内部流态、水力损失和泵装置效率产生一定的影响,对比分析采用底部上翘角为3.56°的直管式出水流道具有较优的水力性能,且采用该方案时挡土翼墙高度可减少约1 m。竖井贯流泵装置内流CFD分析与进出水流道优化设计可为同类型泵站的设计提供优化参考。