基于Doehlert Matrix的全贯流泵装置定转子进出流间隙优化设计

全贯流泵是一种新型的机电-水泵一体式贯流泵,然而其在运行时存在定转子间隙回流,扰乱了叶轮内的流场分布,导致泵装置产生能量损失、压力波动和噪声等问题,影响泵站的正常运行。通过数值模拟和模型试验研究全贯流泵装置定转子间隙流的水力特性,结合Doehlert Matrix设计-响应面优化法对其定转子进、出流间隙结构进行优化设计,揭示全贯流泵装置定转子进、出流间隙结构对泵装置性能的影响机理,并得到最终优化的折角式定转子进、出流间隙结构方案为:外侧延伸段长度t1为4.921r,外侧收缩段长度x1为0.624r,内侧延伸段长度t2为3.655r,内侧收缩段长度x2为1.6r(r为定转子间隙宽度),使得全贯流泵装置扬程和效率分别提升约10.3%和5.2%。

基于双滑窗专家知识系统的水电站启闭机钢丝绳异常检测方法

水电站的启闭机系统中,钢丝绳作为一个至关重要的组件,用于确保闸门的准确启闭。然而,钢丝绳在长期工作过程中会出现各种缺陷,这些缺陷会降低启闭机钢丝绳的强度,进而影响水电站的安全运行。钢丝绳出现断丝、锈蚀、磨损和疲劳等缺陷时,其弱磁信号会发生变化。文章针对钢丝绳的弱磁信号植入异常,使用两种基于双滑窗专家知识系统的方法进行异常检测。实验结果表明,此方法为钢丝绳异常检测提供了一种有效的解决方案。

竖井式进水流道渐缩段线型与尺寸优化研究

对某泵站的竖井式进水流道进行数值模拟计算,发现在竖井尾部汇合处出现脱流现象。从竖井渐缩段线型和尺寸角度出发,设计了15种优化方案,对竖井式进水流道的水力性能和竖井尾部汇合处的脱流现象展开研究,并对最优方案进行模型试验研究。结果表明:在竖井式进水流道尾部汇合处出现脱流现象会导致流道出口断面速度加权平均角度降低;同一竖井渐缩段线型方案下,竖井式进水流道的水力损失随着竖井渐缩段长度增大先减小后增大,速度加权平均角随竖井渐缩短长度增大逐渐递增;采用线型优化方案二时,进水流道竖井尾部汇合处不会出现脱流现象;在15种方案中,方案JS14的进水流道水力性能较优,为某泵站优选进水流道方案;采用方案JS14的泵装置模型试验最大效率可达77.57%,且装置进水流道水力损失的数值模拟和模型试验规律一致。

活塞式调流调压阀水力特性测试

为保证调流调压阀运行安全稳定,从阀门水力设计、安装高程确定及运行调度等方面提出阀门水力特性的优化措施。分析调流调压阀临界汽蚀系数及汽蚀装置系数确定方法,借鉴水轮机汽蚀力学判据的概念,推导出阀门安装高程的计算公式。采集在线调流调压阀运行数据,绘制真机流量系数与开度特性曲线,对阀门水力设计进行验证和校核。结果表明:阀门开度大于45.3%时流量系数实测值与设计曲线基本一致,但在小开度段偏差稍大;现场试验过程中阀门运行平稳,噪声在90 dB(A)以下,振动幅度也在较小范围内,进一步验证了调流调压阀水力特性优化设计及安装高程确定方法的合理性。

轴流泵装置导叶出口水流速度环量对出水流道水力损失的影响

为了定量研究大型泵装置导叶出口水流的速度环量对出水流道水力性能的影响,提出了泵装置导叶出口断面水流的速度环量定量表示方法和平均角速度的测量方法,分别采用数值计算和模型试验的方法研究了导叶出口水流的剩余环量对虹吸式出水流道和直管式出水流道水力损失的影响。结果表明:导叶出口水流的环量对出水流道水力损失的影响较为明显,存在使出水流道水力损失最小的最优环量,虹吸式和直管式出水流道的最优环量分别为0.972和1.308 m2/s;虹吸式出水流道和直管式出水流道最优环量时的水力损失计算值较零环量时的水力损失计算值分别小0.126和0.180 m。研究结果不仅有助于改进低扬程泵装置出水流道的优化水力设计,同时对改进轴流泵导叶的优化水力设计也有重要意义。

灯泡贯流泵装置的优化水力设计

采用CFD理论应用Fluent软件对某低扬程泵站灯泡贯流泵装置进行了三维湍流数值模拟及其优化水力设计,并采用透明流道模型试验验证了该优化设计。研究结果表明:灯泡贯流泵进、出水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具有较为明显的影响;借助于三维湍流数值模拟方法可逐步优化其水力性能,且在设计流量下工作时的流道水力损失可控制在较小的范围内。前置灯泡贯流泵装置具有更好的水流条件,其水力性能优于后置灯泡贯流泵装置。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,表明采用数值模拟方法得到的灯泡贯流泵装置优化水力设计的结果是可信的。

水射流辅助PDC刀具切割岩石的力学分析

通过对水射流辅助PDC刀具切割破碎岩石的力学分析,定量地确定出水射流对机械刀具受力的作用。试验研究表明,水射流辅助刀具切割岩石时刀具受力随切割深度的增加而线性增加;水射流布置在刀具底部后方,并偏离刀具铅垂中性面适当位置辅助刀具破岩时,刀具受力可减少30%～50%,并且刀具力的减少率几乎不受切割深度变化的影响。

邳州站竖井式贯流泵装置模型试验研究

根据南水北调东线一期工程邳州站建设的需要,在该站进出水流道优化水力设计研究的基础上,对前置竖井式贯流泵装置进行了泵装置模型试验研究。结果表明,经过优化水力设计的前置竖井式贯流泵装置试验方案SJGL—2010-01和SJGL—2010-02的主要工况点泵装置效率分别超过了82%和83%,泵装置临界空化余量NPSHc均优于5m;前置竖井式贯流泵装置不仅具有投资较少、结构较简单、安装维护方便等优点,而且水力性能优异,在低扬程泵站具有十分广阔的应用前景。

低扬程立式泵装置流道优化及模型试验研究

为了在低扬程条件下实现较好的水力性能,分别对南水北调东线一期工程的长沟站和邓楼站的进、出水流道进行了优化水力设计和泵装置模型试验研究。结果表明,经过优化水力设计的长沟站和邓楼站立式泵装置在4m以下的低扬程条件下得到了优异的水力性能,设计扬程和平均扬程工况点的泵装置效率均达到78%、临界空化余量均小于6m。

基于小波分析与人工神经网络的水轮机压力脉动信号分析

针对水轮机尾水管压力脉动信号的非平稳和时变特性,提出了一种基于小波分析和自组织人工神经网络相结合的尾水管压力脉动信号的分析方法。这种方法首先应用小波阈值法对信号进行降噪减少干扰,然后将小波分解系数重构得到不同频带的信号分量,并提取显著的不同频带能量,最后将各频带能量作为特征向量,用自组织人工神经网络进行模式识别,得到了尾水管压力脉动的不同模式。应用该方法对某混流水轮机的压力脉动试验结果进行了分析,结果表明,该分析方法是有效的,能够对水轮机尾水管中的压力脉动状态进行有效的识别。

水轮机涡带压力脉动影响因素及模型试验方法的研究

本文通过对大量试验资料的分析讨论，探讨了空化系数、水头等对水轮机涡带压力脉动的影响，介绍了小空化系数条件下的“削波”现象，探讨了“削波”现象对压力脉动幅频特性分析的影响，并就模型试验中采集时间的选取、脉动波形的分析方法等进行了探讨。

内混式自吸离心泵射流自吸装置的试验研究

通过安装不同收缩角和不同出口截面积的射流嘴，对5种内混式射流自吸离心泵的自吸性能进行了试验研究，利用压力传感器和真空仪测量了吸水管内和叶轮进口的真空度，分析了自吸离心泵自吸过程中吸水管内和叶轮进口真空度的变化情况，以及射流嘴收缩角和出口截面积对自吸性能的影响。结果发现：射流嘴出口压力取决于叶轮进口的真空度，而吸水管内的真空度曲线则反映了自吸离心泵的自吸过程；射流嘴的收缩角为20°-30°时自吸性能最佳；射流嘴的最佳出口截面积与自吸离心泵的大小有关，随泵的额定流量呈指数关系变化。

脉冲液-气射流泵基本性能试验

在相同的液-气射流泵实验装置上,采用脉冲和恒定工作液体射流,对液气射流泵的基本性能进行了试验研究。结果表明,对于恒定液-气射流泵存在一种最优工作压力,而脉冲液-气射流泵在同一脉冲频率、不同工作压力下的性能曲线基本重合;采用脉冲工作射流可以产生水锤效应,正是这种水锤效应,使得脉冲液-气射流泵在低于试验系统提供的极限压力0.1～0.15 MPa的工作压力范围内,液-气射流泵的工作效率可以提高4%～15%。

轴流式水轮机轮缘间隙流动引起的叶片正面头部空蚀磨损机理的研究

对轴流转桨式水轮机轮缘间隙流动及空化特性进行数值模拟和试验研究,重点分析轮缘间隙流动在正面头部泄漏流动所引起的泄漏涡带、二次流动的漩涡强度和空化特性,以及泄漏涡带旋转、二次流动的漩涡与空蚀和磨损之间的关系。通过对不同材料的特性比较,解释了材料特性与冲角之间的关系,综合阐述了泄漏流动所引起叶片正面头部空蚀与磨损联合作用产生破坏的机理。

不同节理粗糙度系数的裂隙渗流规律研究

裂隙的研究对石油开采、水利工程以及地下空间的利用都具有重要的意义。真实裂隙表面粗糙的几何形态会影响流体的流动特性及裂隙的传导能力,立方体定律难以满足使用条件。根据节理粗糙度(JRC)标准剖面轮廓曲线,采用逆向数字化建模方法,开展仿真模拟不同JRC裂隙渗流规律的研究。结果表明:作用在不同粗糙度裂隙两端的压差恒定时,随着节理粗糙度的增加裂隙内流体的流量逐渐减小;流入不同粗糙度裂隙单位体积流量恒定时,随着粗糙度的增加,作用在裂隙两端的压差逐渐增大;模拟结果与实验结果相对比,得出裂隙机械宽度与流量之间的关系曲线表现出明显的非线性特征,两条趋势线相吻合,均符合对数关系。

空蚀磨损试验装置及其数据处理系统

设计了一套空蚀磨损水洞试验装置,为了实现数据的实时采集处理,采用Visual C++6.0作为开发平台,介绍了空蚀磨损试验台流场参数控制及数据实时采集处理系统的组成,软件设计及试验结果验证,表明该系统完全可以实现流场参数的有效调节和数据的实时采集处理。

水力机械多功能试验台智能化采集与控制系统

为提高水力机械物理模型试验的精度,减少试验人员的工作量以及实现试验过程的实时、连续和同步测量,开发研制了水力机械多功能试验台智能化采集与控制系统.该系统将控制部分与采集部分集成于一个操作台,既具有手动控制和自动控制2种操作功能,又具有远程控制和本地控制功能.应用结果表明,系统误差小于或等于0 5%,能满足试验精度的要求.

慎江泵站特低扬程大流量竖井贯流泵装置外特性试验研究

【目的】检验特低扬程大流量泵站中竖井贯流泵装置的水力性能,了解泵站的真实运行情况。【方法】采用模型试验的方法,研究了慎江泵站竖井贯流泵装置的外特性,并分析数据提出了改进方案。【结果】泵装置的最高效率出现在叶片角0°工况,可达77.57%,此时泵装置流量为220.5 L/s,扬程为1.95 m。在试验扬程范围内,慎江泵站的装置汽蚀余量充裕,不会产生汽蚀危害。在叶片角为0°时,最大扬程为2.93 m时,飞逸转速相当于额定转速的1.80倍。原方案设计扬程工况下,泵装置的流量偏小,而且在最大扬程工况下的飞逸转速偏大,对泵站安全运行不利。提出提高泵装置额定转速的优化方案,验证得在新转速下泵装置设计扬程对应的能量特性、汽蚀特性以及飞逸转速特性均满足要求。【结论】竖井贯流泵装置水力性能优异,装置效率高,在特低扬程泵站中前景良好,建议优先采用。

基于混合经验模式分解的水轮机压力脉动分析

针对水轮机尾水管压力脉动信号的非平稳性以及经验模式分解(EMD)和集成平均经验模式分解(EEMD)的一些重要缺陷,以虚假分量识别和信号重构为基础,提出了一种混合经验模式分解方法。分别以仿真信号和某混流式水轮机尾水管压力脉动信号为例,验证了该方法相对于EMD和EEMD的优势。

超低水头竖井贯流式水轮机模型试验

为研究超低水头下竖井贯流式水轮机的能量特性和空化特性,对一种额定水头为2.10 m的超低水头竖井贯流式水轮机进行模型试验。基于河海大学水力机械多功能试验台,采用压差传感器、电磁流量计、扭矩仪等仪器对不同导叶开度、不同叶片安放角下GD-WS-35型水轮机的水头、流量和扭矩等参数进行测试,并绘制了水轮机模型综合特性曲线。试验结果表明:当叶片安放角为23°,导叶开度为65°时,在额定水头2.10 m条件下,模型水轮机的流量为0.398 m3/s,效率为83.34%,出力为6.838kW,对应原型水轮机的流量为9.96m3/s,效率为85.14%,出力为174.7 kW,水轮机具有良好的能量特性;当叶片安放角为23°,导叶开度为65°时,水轮机具有良好的空化性能。