大型泵站选型合理性评价体系研究

在总结大型低扬程泵站泵型选择不同的方法与原则基础上,提出了泵型选择合理性评价模型,该模型包括能量特性、可靠性和运行稳定性3个方面,分为三级指标,一级3个、二级8个、三级16个。采用模糊综合评判的方法进行多因素、分层评判,并以南水北调东线工程江苏省境内的泵站设计为案例,根据评判结果为这些泵站选型提供改进的指导性建议,取得了良好的效果。

渠道自动控制技术与发展趋势

对灌区自动化系统中灌溉渠道的自动控制技术进行了综述，对其控制类型进行归纳、分析和总结，按照控制变量、控制逻辑和设计技术三个方面进行研究，指出了不同控制类型的优点和缺点，预测了渠道自动控制技术的发展趋势是以下游控制为主、前馈与反馈结合、利用现代控制理论(人工神经网络、模糊控制、系统识别理论及遗传算法等)与计算机非恒定流模拟技术溶为一体的综合控制系统，使之能够适应多闸门复杂渠系的多目标、多用途的灌区自动化工程。

灯泡贯流泵机组变频装置特点与节能分析

根据南水北调工程中灯泡贯流泵采用变频调速的实际情况,分析了贯流泵在稳态和起动过程的负载特性和转矩特性,针对灯泡式大型同步电动机的特性选择变频装置的控制策略,通过励磁装置与变频装置的组合简化电动机的结构,以淮阴三站为例分析变频装置的技术特点。最后,对灯泡贯流泵的变速运行节能效果和不同转速下的变频装置与电动机损耗进行了分析,为采用变频装置的贯流泵经济运行提出了建议。

南水北调东线一期工程灯泡贯流泵性能分析

南水北调东线一期工程中有6座泵站采用灯泡贯流泵,由于其结构不同,因此性能存在差异.分析了这6座泵站装置模型试验成果,介绍了优化设计的方法和措施;根据模型装置验收试验成果,其性能均达到和优于合同保证值.采用量纲一的流量系数、扬程系数和空化系数,对6座泵站的性能进行对比分析,相同的水力模型在不同结构中的扬程系数-流量系数曲线基本重合,而且最高效率都达到了约80%,因此性能均较优.通过现场测试的数据,进一步验证了灯泡贯流泵的优越性能和良好的运行稳定性,而且实测数据好于模型装置试验预测值,灯泡贯流泵适合于南水北调工程低扬程泵站.

低扬程泵变速工况性能及合理变速范围的确定

根据南水北调工程中低扬程泵站采用变速运行的具体特点,研究了变速工况下泵装置性能的变化规律,指出在装置净扬程大于零的情况下,传统的水泵相似律不再适用于变速工况下的装置特性换算,提出了采用泵特性线性化和额定转速下装置特性预测变速工况下性能参数的方法。在引入"能耗比"的概念后,对一定时间段调水量恒定条件下的变速运行与其他调节方式的能耗进行了分析。在考虑变速装置效率、电动机效率和不同转速下泵效率变化下能耗比与净扬程关系的基础上,提出了确定不同净扬程下经济合理变速范围的方法。

南水北调东线一期工程灯泡贯流泵结构特点

对南水北调东线一期工程中不同结构型式的灯泡贯流泵,按照工况调节方式和传动方式及总体结构的组合,归纳为变频调节整体紧凑结构型(I型)、变频调节现场可拆装结构型(II型)、齿轮箱传动机械全调节现场可拆装结构型(III型)和液压全调节现场可拆装结构型(IV型)等4种结构型式.根据机械和液压式叶片全调节以及变频变速调节等工况调节方式,以及直接传动和通过减速齿轮箱的间接传动的不同传动方式,对4种不同结构型式的主要特点进行了定性和定量分析.研究结果表明:不同结构的灯泡贯流泵均安全、可靠,其中IV型结构机组在最大水推力及反向推力等不利工况下,最大变形值约为0.2 mm,不同部位的变形差小于0.1 mm,但在结构特性方面有明显差异.IV型机组的重量达225 t,约为I型结构的3倍;与叶片调节相比,采用变频变速调节时,不仅能够简化机组的结构,而且水泵可以采用柱形轮毂,提高效率1.6%以上.

水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响

在比较各种进出水流道水力损失研究方法的基础上,运用计算流体动力学方法数值模拟了4种水泵装置内部流动,研究水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响。数值计算结果表明,由于水泵装置中进水流道内部流动受水泵叶轮旋转引起的水流预旋的影响,因而小于无泵单独运行时的水力损失。水泵转速变化后,在相同流量下,进水流道的水力损失基本不变。水泵导叶出口水流条件和剩余环量影响出水流道的水力特性,水力损失随流量变化的关系非常复杂。水泵转速变化后,出水流道内部流动不相似,相同流量下的水力损失不相等。装置模型试验结果验证了数值计算结果的有效性和可靠性。

不同型式贯流泵装置结构特点与水力特性分析

在保持水泵模型不变的情况下,选择3座典型的已建贯流泵站的进出水流道设计,组成3种不同型式的贯流泵装置,用数值分析方法研究了装置的水力特性。结果表明,贯流泵装置的水力特性与进出水流道型线设计密切相关,所研究的3种贯流泵装置最优效率点差值达10.48%。出水流道的水力损失是影响水泵装置效率的关键因素,应针对不同型式贯流泵装置结构特点,开展出水流道的水力设计优化。

基于CFD的泵装置性能预测方法比较

以某混流泵装置为例,采用CFD技术分别进行包括进出水流道和水泵在内的水泵装置全流道数值模拟的性能预测和由不带泵进出水流道数值模拟得到的流道效率与泵效率乘积的泵装置性能预测,并与模型装置试验结果进行比较。结果表明,根据水泵装置全流道数值模拟方法进行的装置性能与模型试验结果误差较小;以流道效率与泵效率乘积的方法预测装置效率的误差较大,仅在最优工况点附近与模型试验泵装置效率近似相等,引起较大误差的主要原因是基本理论存在不合理性。因此,建议以进水流道、出水流道和水泵作为整体进行内流数值模拟和装置性能预测,并在考虑泵对流道影响的情况下进行流道的水力设计优化。

灌区实时自动控制与优化运行系统关键技术

为了充分发挥我国灌区自动化系统的效益,根据澳大利亚灌区自动化建设的成功经验,简要介绍了在灌区实时自动控制和优化运行系统建设中关键设备和关键技术的选择,其中包括一次设备、遥测终端和视频监控技术以及数据通讯协议的确定等;基于系统识别理论的输入、输出优化控制模型的水管理软件的主要功能和特点。

不同型式灯泡贯流泵的技术特点

南水北调东线工程有多座泵站采用灯泡贯流泵机组,淮阴三站和蔺家坝泵站是先期实施的泵站,均采用了国际合作技术,而且结构型式完全不相同的灯泡贯流泵。根据两座泵站采用的不同结构型式,重点介绍了机组的结构特点和水力性能,分析了不同型式的优势以及在未来泵站建设中的应用前景和需要进一步研究的问题。

水利工程项目节能评估方法与效果分析

根据水利工程公益性特点,分析了开展节能评估的依据和主要内容,并以新沟河延伸拓浚工程为例,对工程中不同类型建筑物及其设备的能耗评估方法进行了研究,提出了泵站工程中主水泵、变压器、线路等不同设备的能耗计算方法,评估结果表明工程的综合能耗小于国家及当地指标,符合节能规划要求。最后还就节能措施提出了相关建议。

基于CFD的低扬程泵装置变速特性及相似性

根据南水北调工程中低扬程泵站采用变频调速进行工况调节的运行要求,应用相似准则分别分析了泵和泵装置在不同转速下能量特性的关系,指出不同转速下泵的流量扬程关系特性符合相似律,但由于进、出水流道中的流动受到水泵流动的影响,泵装置的流量扬程关系在不同转速下不完全符合相似律。采用计算流体动力学方法分析了典型灯泡贯流泵装置在3种不同转速下出水流道的流场分布,发现随着转速差距的加大,同一截面上的速度分布甚至出现相反的分布规律,进一步证明了不同转速下的泵装置特性不完全符合相似律,因此变速工况下的低扬程泵装置特性不能采用传统的相似律预测.

变频调速灯泡贯流泵站的起动过渡过程

为了获得变频调速灯泡贯流泵站的起动过渡过程水力特性,分析了变频调速贯流泵机组起动时采用矢量控制变频装置、低速同步起动的基本特点,建立了同步起动的灯泡贯流泵机组过渡过程力矩动态平衡方程;研究了同步电动机电磁转矩随转速变化的数学表达方法,分析了灯泡贯流泵机组阻力矩由水阻力矩、轴承摩擦力矩、电动机风扇阻力矩和转子风阻力矩等构成,并给出了相应的数学表达式,提出了快速闸门及其分流拍门在开启过程中的流量分配与平衡方程式.以南水北调东线工程中淮阴三站为案例,对设计工况下起动过程中的主要电气参量和水力参数进行仿真模拟,起动瞬间的励磁电流达到设计值的0.63倍,当频率为6.5 Hz时机组开始转动,迟滞时间为15 s,从而得到了频率变化规律与快速闸门延迟开启时间的最佳匹配.在设计工况下,当同步电动机转速线性变化从0到125 r/min的历时为100 s时,快速闸门延迟开启的最佳时刻为70 s.

变频调速灯泡贯流泵站停机过渡过程研究

变频调速的灯泡贯流泵站借助于变频装置逐步降低机组转速,实现机组的安全平稳停机。分析了变频调速机组的正常停机特点,建立停机过程的水量平衡和力矩平衡动态方程。根据变频装置的特性设置转速的变化规律,通过数值模拟停机过程中主要水力参数的变化特征,寻求转速变化规律、起始时刻与闸门关闭时间之间的最佳匹配,为变频调速灯泡贯流泵站的安全稳定运行提出了不同停机规律的建议。

低扬程泵装置效率与泵效率关系研究

低扬程泵站的泵效率与装置效率之间关系主要取决于流道的损失,在对现有研究两者关系的主要方法进行总结的基础上,根据大量的试验数据对现有的泵效率与流道效率乘积为装置效率的基本假定进行验证,发现基本假定存在矛盾;进而采用CFD方法对采用不同比转数叶轮的不同装置型式进、出水流道水力损失进行预测,分析流道损失的变化规律,提出装置效率可以采用泵效率与流道效率的乘积表述,但前提条件是流道损失必须是有泵时的水力损失,在泵最优工况点附近流道无泵损失表述的装置效率与实测结果是近似相等,因此在装置水力优化设计中需要考虑叶轮在内的全装置水力优化。

大型水泵装置全流道数值模拟与性能预测

采用计算流体动力学方法,对某大型混流泵装置进行了全流道数值模拟,对有泵与无泵进、出水流道的内部流动及水力损失进行了对比分析,实现了水泵装置性能预测.研究发现,水泵叶轮旋转和导叶出口剩余环量与进、出水流道的内部流场相互作用,进水流道的出口水流条件和出水流道的进口水流条件与单独计算时的假定有本质不同,对进、出水流道的水力损失和装置性能有显著的影响.在水泵装置中,进水流道的水力损失小于无水泵时的流道水力损失,在一定流量范围内,仍基本符合二次抛物线规律.与此相反,出水流道的水力损失远大于无水泵时的水力损失,在设计流量附近出现局部极小值,不再完全符合二次抛物线规律.数值计算结果得到了模型试验的验证.

用能量特性评价水泵机组水力稳定性

为了评价大型低扬程水泵在设计和非设计工况下运行的稳定性,根据水泵设计理论,分析了非设计工况下影响水力稳定性的主要因素,包括进口预旋、出口环量、轴向旋涡和脱流等,进而从水泵的基本方程出发,提出了"虚拟最优工况"的概念,建立了以水泵能量特性来计算水力不稳定性即紊流损失的方程式,据此对不同比转速的叶轮进行了紊流损失计算,并与模型实测的压力脉动进行了对比,两者有较好的一致性.这一结果表明,采用能量特性评价水泵机组运行稳定性的方法是可行的.

对角泵叶轮内部流动与能量特性数值分析

利用RNG k-ε紊流模型封闭时均N-S方程组,对一组对角泵叶轮的内部三维流动进行了数值模拟,在分析基本流态的基础上,对对角泵叶轮的能量特性进行了预测和比较。计算结果表明,对应于不同的叶片夹角,对角泵叶轮的能量性能差异很大。轴流泵叶片对角布置后,离心力的作用使对角泵叶轮的扬程提高,使得叶轮的最优比转数随叶片夹角的减小而减小。随着叶片夹角和流量的减小,对角泵叶轮的功率不是增加而是减小,功率特性由轴流泵逐步向离心泵过渡。与对应的轴流泵相比,对角泵的最优效率点向小流量方向偏移,但高效区变宽。叶片夹角为150°的对角泵叶轮的流量加权平均效率比对应的轴流泵叶轮高0.82%。因此,选择优秀的水泵水力模型,通过优化叶片夹角、叶轮室及轮毂的形状和尺寸,能够改善和提高对角泵叶轮的能量特性。

新型对角泵的结构特点与性能分析

本文介绍著者新近研发的全调节对角泵的结构特点和能量特性。对角泵采用叶片对角布置,能够适应贯流泵空间导叶体的结构特点;为适应叶片全调节的要求,采用球接头使之能够实现三维空间运动,保证叶片在任意调节角度范围内无死区,调节灵活。采用CFD技术对对角泵叶轮性能进行了初步分析,并与相同比转速的已有轴流泵叶轮进行了对比,结果表明对角泵在合适的对角范围内具有高效区宽、加权平均效率高的优点。