基于MDN和VMD-TPA-LSTM的泵站主机组劣化趋势预测

为提高泵站主机组的安全稳定运行能力,解析其运行状态,获取机组设备的健康状况,准确预测其未来发展趋势,提出一种基于混合密度网络(Mixture Density Networks,MDN)和融合变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)与基于时序模式和注意力机制的长短时记忆网络(Temporal Pattern Attention-Long Short-Term Memory Network,TPA-LSTM)的泵站主机组劣化趋势预测模型。模拟结果表明,此法能够准确地表达机组的劣化趋势并可有效提高其预测精度。

数字孪生系统中泵站调度方案自动执行软件的研究及应用

为了实现“预案”中的泵站调度方案在SCADA中自动执行,研发了决策方案自动执行软件,该软件主要由信息配置、指令解析、信息服务、指令执行4个模块组成。该软件可实现决策方案安全、自动执行,解决了水利工程数字孪生系统的“预案”中泵站调度方案自动执行问题,打通了数字孪生系统的“最后一公里”,对提升泵站智能化、自动化水平具有重大意义。

电涡传感器在水泵橡胶轴承间隙在线测量中的应用

电涡流传感器被用来对水泵转轴与橡胶轴承的间隙进行在线测量,以监测轴承磨损状况;首先通过电磁计算工具设计一个直径为14 mm的双层平面电涡流电感,接着对制作在印刷线路板上的电感分别在空气和水中两种条件下的电阻抗特性进行测量,然后制作相应的电感检测电路,得到一个探头和检测电路一体的电涡流传感器;传感器采用RS485接口输出,不受通讯电缆长度影响;传感器经密封防水处理后尺寸为76 mm×25 mm×12 mm;传感器经过实验室测试和水泵工况测试;实验室测试进行静态测试和动态测试,获得了传感器在水中进行间隙测量的特性,测量精度达到0.02 mm;水泵工况测试在一台轴流泵上进行,试验结果表明电涡流传感器可以对水泵橡胶轴承间隙进行在线测量。

大型灯泡贯流泵装置导叶出口安放角智能优化设计研究

目前贯流泵导叶设计方法与常规轴流泵导叶相同,但是贯流泵导叶轮毂侧的扩散流动导致其流态与轴流泵导叶大不相同,为了进一步改善灯泡体区域及导叶的水力性能,贯流泵导叶的出口安放角作为优化目标,对导叶出口安放角变化规律实现了参数化,采用二次函数曲线拟合导叶出口安放角增量的变化规律,用一种智能优化方法找到从轮毂到轮缘的最优的导叶出口安放角变化规律。采用了最优拉丁超立方、多层前馈神经网络和粒子群算法构建了多目标优化系统。结果表明,泵装置的扬程提高了0.07 m,装置效率提高了1.83%;泵装置的总损失由0.761 m降低到0.624 m,降低了0.137 m;经优化后导叶内部速度分布更加均匀,导叶出口处的脱流现象减缓明显,导叶出口处及灯泡体内的流速分布较为均匀,且流线分布光顺,说明导叶体经优化后可较为理想地对叶轮出口的流动进行调节,保证了导叶内及灯泡体内流动的稳定;其次,对比发现经优化后出水流道内的低速区减少明显,流动紊乱程度降低,从而导致导叶及灯泡体内流动损失的降低。

鼠李糖脂协同PAC改性对市政污泥电渗透脱水的效能研究

为探究生化协同改性对市政污泥电渗透脱水的影响,该文以浓缩污泥为实验对象,通过鼠李糖脂生物调质联合聚合氯化铝(PAC)化学再絮凝实验测定污泥黏度、相对疏水性、胞外聚合物(EPS)以及水分分布等污泥性质,探究联合调理的作用机理,并检测泥饼最终含水率。实验结果表明,鼠李糖脂通过乳化作用使污泥松散附着胞外聚合物(LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(TB-EPS)分散、增溶,改变菌胶团体系界面状态;PAC通过化学再絮凝作用使小颗粒重新集聚,改变形态水分分布,生化协同改性有效提升了电渗透脱水效能。最佳条件下,鼠李糖脂与PAC比例1∶1,投加量120 mg/g,表面附着水减少19.96%,水合态水减少4.36%,泥饼最终含水率58.55%。

黑臭水体治理中水生植物腐解特征及水环境影响效应研究

为研究黑臭水体治理中水生植物腐解特征及水环境影响效应,选取湿地生态系统常见4种水生植物,分析了不同残体腐解周期内营养物的动态迁移规律。在整个试验周期内,各试验组有机质、氮磷营养盐变化趋势相似,最终腐解率存在差异,依次为苦草(51.86%)>菖蒲(29.73%)>美人蕉(26.51%)>芦苇(25.32%)。各试验组水质指标COD、TN和TP浓度均在试验前中期上升,中后期持续下降,腐解结束时高于CK组。Pearson相关性和显著性分析发现,黑臭水环境中残体初始组分含量是影响腐解的重要因素,难溶物含量与最终腐解率显著负相关(P<0.05)。试验结果表明:水生植物腐解对黑臭水体水质、气体环境都会产生较大影响,应在植物腐解前中期进行有效治理,避免加剧水质恶化。

潜水贯流泵装置过流部件水力性能分析与优化

为研究潜水贯流泵装置过流部件的水力性能,该文采用CFD方法对潜水贯流泵装置进行数值计算,分析了不同过流部件形式对泵装置内水力性能的影响,并对计算结果进行试验验证。结果表明:潜水贯流泵装置灯泡体支撑片的数量会影响导叶与支撑片之间的水流流态,支撑片的数量应与导叶片数一致。潜水贯流泵装置宜采用椭球体的灯泡体尾部形式,能避免回流、脱流等不良流态的产生。采用流线形进线孔,并且将进线孔与支撑片结合在一起,能改善出水灯泡体的流态,提高装置效率。在闸门槽间的进水流道过渡形式宜采用渐缩方管式。优化后泵装置在最优工况点的效率提高2.5%,达到78.0%。在最高效率点,数值计算预测扬程和流量的不确定度均小于1%,试验与数值计算结果吻合较好。该研究可为潜水贯流泵装置在实际工程中推广应用提供参考。

泵站前池单排方柱整流措施数值模拟

为改善泵站前池内水流流态,基于Fluent软件,运用RNG k-ε模型对加单排方柱的正向进水泵站前池流态进行数值模拟,分析单排方柱的几何参数对前池流态改善的影响。结果表明:单排方柱具有分流效果,流经单排方柱的水流会向前池两侧分散,在单排方柱的后方形成漩涡。无整流措施时,泵站前池流态紊乱;通过在前池加设单排方柱可显著改善流态;单排方柱宜布置在前池前中部,不宜布置在两侧回流区内;方柱宽度越小,分流作用越小,行近流速分布越不均匀。

泵站前池倒T形底坎整流措施数值模拟

为了改善泵站前池边侧大面积回漩不良流态,基于商用CFD软件Fluent,运用N-S方程和Reliable k-ε紊流模型对加倒T形底坎的前池进行数值模拟,分析倒T形底坎的几何参数对前池流态和边侧流速的影响。结果表明:无整流措施时,前池中流态紊乱,通过加设倒T形底坎可显著改善前池中的流态,提高边侧机组的流速,改善前池中流速分布均匀度;倒T形底坎设置在前池中的位置和其上部结构的尺寸对前池整流效果有明显的影响;倒T形底坎的位置距进水池入口7.5 D,上部结构高为0.4 H,宽为0.1B,前池中流态得到明显改善,边侧回漩范围减小。

高速潜水轴流泵的空化特性

为研究轴流泵内部的空化特性问题,选取1台比转数n s=700的高速潜水轴流泵作为研究对象,利用ANSYS CFX软件进行数值计算,得到外特性曲线,发现在大流量工况下外特性计算结果与试验误差较大.利用Rayleigh-Plesset空化模型和SST湍流模型对潜水轴流泵进行空化定常模拟,求得各工况下泵的临界空化压力,通过分析进口压力和运行流量变化对潜水轴流泵空化体积分数的影响,结果发现:临界空化压力随流量及转速的提高而增大,设计工况的汽蚀余量为7.084 m,临界压力为73 kPa,当进口压力低于临界压力时,泵内将发生严重空化,空化位置主要集中在叶片吸力面的进口轮缘处以及叶片最大厚度前后流体产生分离的位置.由于整体压力都大于汽化压力,在叶片压力面没有空化气泡形成.在设计工况附近增大或者减小泵的运行流量都会导致空化现象的加剧.因此在实际工程应用中,通过增加轴流泵的进口压力,并调节运行流量稳定至设计值可有效抑制空化.

不同形状的泵站封闭式进水池喇叭口水力性能模拟与验证

泵站封闭式进水池是泵站常用的进水建筑物,喇叭口距水泵叶轮室最近,其形状对水泵性能的影响最为敏感。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,定常模拟不同喇叭口形状的泵站封闭式进水池内水流流动。研究表明,喇叭口对叶轮的进水流态有重要的导流整流作用;过小的喇叭口会严重影响叶轮的进水流态,随着喇叭口逐渐增大,叶轮进口处的进水流态越好,水力损失越小;过大的喇叭口水力损失大,同时需加大池宽,增加了土建投资。喇叭口大小相同,口形1/4圆弧的喇叭口较口形为1/4椭圆的喇叭口,管内流速分布更均匀,流态越好,水力损失较小。计算结果与试验数据在设计工况点处吻合较好,相对误差仅为1.7%,表明计算结果可靠。基于研究结果,推荐工程中喇叭口形状采用1/4圆弧,圆弧半径为叶轮直径的1/3~1/2倍。

深隧入流综合设施水力特性CFD数值模拟研究

深层隧道排水调蓄工程是一种新型的城市防洪战略措施,在用地紧张、建筑密集、浅层地下空间饱和的大型城市防洪领域有着广阔的应用前景。文章以深隧入流综合设施在不同进水流量下的水力特性为科学依据,研究了深隧入流综合设施结构布置方案,建立了典型结构深隧入流综合设施三维模型。同时采用CFD数值模拟手段对该结构的深隧入流综合设施在不同进流工况下水气两相流场进行了模拟分析;采用VOF方法对入流综合设施流场内水气两相自由液面流动的水气交界面进行追踪,将空气视为主相,液态水视为第二相,湍流模型选择Realizable k-ε模型,采用对网格精密度要求较低的壁面函数法模拟近壁面区域流动;并基于压力求解器对速度压力场进行两步修正的PISO算法;湍流方程、VOF方程及动量方程分别采用一阶迎风格式、具有三阶精度的QUICK格式及二阶迎风格式进行离散。计算结果表明:不同流量下整个入流综合设施均处于明流状态,压力分布较为均衡;沉砂池整体流速不高,出流平稳;流道流量分配均匀度受进水流量变化的影响较小;沉砂池流场均匀度随着进口流量增加略有下降。

搅拌机布置方式对生化池流场的影响及优化

针对某缺氧池混合液搅拌效果的好坏不仅与设备自身设计有关,更受到搅拌机布置方式影响的问题,研究搅拌机布置方式对生化池流场的影响.基于Star-ccm+虚拟仿真平台,对缺氧池及搅拌机区域进行多面体网格划分,采用k-ε湍流模型进行全流场数值模拟,剖析池内流场物理结构.根据搅拌机搅拌形成的环流布局,设计整体推流和分布推流2种布置方式,最终获得最佳安放角度和位置.计算结果表明:该缺氧池采用整体推流能有效减小低速区域面积,提高平均搅拌速度;当2台搅拌机与壁面呈一定角安放时,更利于推流的扩散和死角区域的改善.根据优化结果对现场进行布置,试验结果与数值模拟接近.因此,采用多面体网格计算,具有较好的收敛速度和计算精度,可为生化池流场中搅拌机布置提供参考.

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.

泵站机组运行管理与维护

在不断加快国民社会经济建设发展步伐的良好基础上,我国大型水利水电基础工程设施的施工数量和建设规模也一直呈逐年快速增加的发展趋势。泵站的安全稳定性和运行与否直接会影响日常工作管理效果。但是,在具体的大型泵站设备运行维护管理实施过程中,由于各种因素的影响,导致故障的出现。为此,必须不断加强整个泵站输油水泵日常保养维护管理工作,保证整个泵站正常工作运行,以保证泵站正常运转所能发挥的最大效益。因此,文章就电力泵站专用水泵的日常运行维护管理及日常水泵维护中的保养问题作一定的分析。

涡带工况下轴流泵装置内部脉动特性数值分析

为研究涡带工况时立式轴流泵装置内部流场压力脉动情况,开展了立式轴流泵装置非定常数值模拟,通过设置监测点,获得了不同位置的压力脉动结果,并进行了频谱分析.通过物理模型试验及PIV流场测试技术验证了数值计算结果的有效性,重点分析了叶轮进口及箱涵式进水流道底部的压力脉动特性.研究结果表明,涡带工况时叶轮进口的脉动主频已不再受轴频控制.不同工况时叶轮进口的相同监测点的脉动主频存在差异性.大流量工况时叶轮进口的脉动相对幅值较大,且涡带诱发的脉动主频与轴频相同.各工况时箱涵式进水流道底部水力脉动均为低频涡带脉动.在大流量工况时,箱涵式进水流道底部的脉动压力主频与轴频相同,次主频与叶频相同,扭矩变化主频与叶轮的轴频相同.