鹅湖泵站湿定子潜水贯流泵装置模型试验研究

为了满足泵站设计规范要求,提高城市防洪治涝能力,文中针对TJ04-ZL-02和TJ04-ZL-20模型鹅湖泵站的设计采用湿定子潜水贯流泵,对两个不同类型的湿定子贯流潜水泵装置模型进行了能量性能、空化性能、飞逸、压力脉动及泵轮带转子环的试验,精准找到了最优效能泵型,可供类似工程参考。     

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。     

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。     

大型潜水贯流泵装置设计与应用

潜水贯流泵装置具有进出水流道顺直、水力损失小、泵装置效率高、土建结构简单、开挖深度小等突出优点。针对江苏省通榆河北延送水工程灌北、善南泵站特点,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,这是目前我国叶轮直径最大的卧式潜水贯流泵装置。工程实践证明,潜水贯流泵装置应用于低扬程大流量泵站是可行的,在特低扬程下,可获得较高的泵装置效率。     

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.     

潜水贯流泵装置在扬州闸泵站中的应用分析

扬州闸泵站具有抽排和抽引的双重作用,其抽排设计净扬程为2.44 m,设计抽排流量为72 m3/s,抽引设计净扬程为0.65 m,设计抽引流量为29 m3/s,属于大(Ⅱ)型泵站.针对扬州闸泵站的功能需求及扬程特点,对4种不同型式的贯流泵装置方案进行了比选,最终确定采用潜水贯流泵装置型式,对比了单向潜水贯流泵装置电机前后置方案,分析了电机前后置对泵装置能量性能及内流场的影响,电机后置方案明显优于电机前置方案,该泵装置结构型式的应用可为同类型泵站的选型与设计提供一定的技术参考.     

全贯流潜水闸门泵的应用研究

本文从提高排涝抗旱能力出发,分析了全贯流潜水闸门泵的技术特点,提出利用现有的自排涵闸和河道节制闸建闸门泵提水装置,不失为一种又快又省的解决方案。     

大型潜水贯流泵装置及泵站结构型式研究

研究开发了我国叶轮直径最大的卧式潜水贯流泵装置,单泵设计流量为10m3/s,叶轮直径为2m。该成果在采用三维湍流流动数值计算对潜水贯流泵装置优化水力计算、潜水贯流泵装置模型试验、大型潜水贯流泵结构设计、泵站站身及厂房结构型式等方面进     

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。     

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。     

双向运行潜贯泵水流流态分析研究

杨树浦港双向运行泵站选用S形叶片的潜水贯流泵,采用无导叶的结构形式,利用潜水电机的支撑筋板改善水流流态。通过采用CFD数模计算,对水泵装置内部流场水流流态及其规律进行了分析。     

竖井贯流泵进水流道的数值模拟研究

基于标准k-ε湍流模型,采用雷诺时均N-S方程和SIMPLE算法,通过针对不同竖井线型参数下竖井贯流泵进水流道进行三维数值模拟,展现了各方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和压力分布以及流道水力损失的状况.通过比较发现:流道过渡平缓时,流道的水力损失性能较好;各方案出口断面上的速度分布呈现为对称分布;由于3种方案的水力损失性能相差不大,考虑到工程的经济性,选择方案1作为最终方案.     

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。     

后置灯泡贯流泵装置“马鞍”区数值模拟

"马鞍"区是指轴流泵装置在扬程-流量曲线上小流量工况时的扬程随着流量的减小而出现先减后增的一段区域,在该区域内,泵装置运行状况极不稳定。以南水北调东线淮安三站的后置灯泡贯流泵装置为研究对象,采用ANSYS-CFX数值模拟与模型试验相结合的研究方法,计算并分析了"马鞍"区的流动特性,并将其与设计工况时流动特性进行了对比。结果表明:泵装置运行在"马鞍"区时,进水流道出水断面轴向速度的分布均匀度与速度加权平均角,前、后导叶体段的水头损失,过流部件内部流速场与压力场的分布等指标,均达不到设计要求;在"马鞍"区工况内,大流量时的水力性能要优于小流量时的水力性能。     

二元单叶片泵内部流动的数值模拟

本文对单流道泵的物理模型进行简化，建立了二元单叶片泵内部流动解析的数学模型，采用势流边界元解法，数值模拟了泵内流动，并计算出单叶片泵的水功率，与试验结果进行比较，间接证明了计算方法的可行性。     

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。     

快速闸门断流的轴流泵起动过程三维数值模拟

针对轴流泵机组起动过程的研究是泵站安全稳定运行研究的重要环节。为了准确捕捉轴流泵机组在起动过渡过程中的动态特性,建立轴流泵机组的全流道三维模型,采用三维CFD计算软件Fluent,利用基于有限体积法的动网格技术,配合VOF多相流模型对快速闸门断流的轴流泵机组起动过程进行了三维瞬态数值模拟,获得了轴流泵机组起动过渡过程中的流态变化及外特性参数的变化规律。闸门开启时间为60s时,机组起动扬程在12s时达到最大值2.76m,为运行扬程的1.28倍。减小快速闸门开启时间能够降低机组最大起动扬程,但同时会加剧回流及闸门处的水流撞击。计算结果表明:动网格技术结合VOF多相流模型可以较好的应用于快速闸门断流的轴流泵机组起动过渡过程数值模拟中,其结果可为泵站水力设计及轴流泵机组的过渡过程研究提供参考。