闸站枢纽泵站前池流态及其改善数值模拟研究

分析了沙集闸站前池泥沙淤积成因,并试图改造在下游新建清污机桥,应用桥墩改善前池流态、减少泥沙淤积,采用三维建模软件UG NX建立河道流场三维模型,基于ICEM CFD进行计算域网格划分,并使用ANSYS CFX进行数值计算。计算结果表明:现状抽水工况下,导流墙内侧存在大范围低速区,因而产生大范围泥沙淤积。将泵站下游两侧导流墙延长至60 m,在导流墙头部新建清污机桥,应用桥墩导流,导流墙内侧低速淤积区范围大大减小,泵站进水流态大为改善。

大型泵站主电动机滑动轴承水冷却系统比较

为比较大型泵站主电动机滑动轴承不同水冷却系统优缺点,对滑动推力轴承和导轴承发热量和传热进行计算,根据轴承温度控制条件,求得最小需要冷却水流量与进水温度的关系.介绍了传统供排水、盘管、板式热交换器和冷水机组4种水冷却系统,计算该4种水冷却系统运行能耗,并进行综合比较分析.研究结果表明:传统供排水冷却系统能耗大,泵吸水管口易堵塞,油冷却器内壁易结垢;与传统供排水冷却系统相比,盘管式水冷却系统节能22.9%,无堵塞、结垢问题;板式换热器冷却系统节能45.5%,节能率最高,但仍存在堵塞、结垢问题;冷水机组冷却系统节能39.6%,节能率次之,但具有节能、不结垢、无进水口堵塞问题和运行维护方便等综合优势.

局部遮挡下光伏组件MPPT复合算法

当光伏组件受到局部阴影遮挡时,其最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)过程常出现误跟踪、跟踪速度慢、光伏组件输出功率低等问题.为使局部阴影下光伏组件保持快速、稳定、准确地最大功率输出,基于电导增量法(incremental conductance algorithm,INC),结合全局比较算法(global comparison algorithm,GCA),提出一种基于电导增量/全局比较的复合MPPT算法(INC-GCA),并通过搭建Simulink仿真模型和设计光伏试验平台,验证该算法的可行性.结果表明:基于电导增量/全局比较的复合MPPT算法在光伏组件受到局部阴影遮挡时可准确追踪到最大功率,且跟踪速度快、可靠性高,完全避免了误跟踪问题;相较于电导增量法,该算法可有效提高光伏系统的发电效率,提升光伏电站的经济效益.

基于峰谷电价的感潮河段泵站日优化运行研究

为节约感潮河段泵站运行费用,综合考虑长江侧水位变化和峰谷电价,在满足需要水量的前提下,以泵站日运行费用最小为目标,建立感潮河段泵站日运行优化模型。结果表明,优化方案在电价低谷时段增加抽水负荷,而在电价高峰时段降低泵站抽水负荷;电价相同时,泵站开机方案与水位相关,其中平价时段开机方案受水位影响更大;与设计方案相比,优化方案节约泵站运行费用11.40%~50.79%。因此,峰谷电价的引入不仅能有效减少感潮河段泵站的运行费用,同时也能降低用电高峰时段电网供电压力。

大型立式水泵机组供排水系统改造

为了保证大型水泵机组可靠经济运行,针对南水北调东线沙集泵站,分析原供排水系统存在的问题,对电机轴承油冷却器冷却供水系统和水泵橡胶轴承润滑供水系统不同方式进行比较,重点对工程改造采用的闭式冷水机组循环冷却水系统进行了计算分析。结果表明:闭式冷水机组循环冷却水系统,因其水质好,不结垢、无泥沙淤积,长时间运行冷却传热效率高,水流阻力小,无进流堵塞问题,系统冷却运行可靠、节能,环境温度越低、主水泵机组运行台数越少,系统节能效果越显著。三台主机组运行,环境温度为15℃时,供排水系统能耗较改造前下降33.76%,环境温度为0℃时节能68.08%,系统可靠性高、节能效果显著,值得推广应用。

Optimal Operation for Baoying Pumping Station in East Route Project of South-to-North Water Transfer

Baoying pumping station is a part of source pumping stations in East Route Project of South-to-North Water Transfer in China. Aiming at the characteristics of head varying, and making use of the function of pump adjustable blade, mathematical models of pumping station optimal operation are established and solved with genetic algorithm. For different total pumping discharge and total pumping volume of water per day, in order to minimize pumping station operation cost, the number and operation duties of running pump units are respectively determined at different periods of time in a day. The results indicate that the saving of electrical cost is significantly effected by the schemes of adjusting blade angles and time-varying electrical price when pumping certain water volume of water per day, and compared with conventional operation schemes （namely, the schemes of pumping station operation at design blade angles based on certain pumping discharge）, the electrical cost is saved by 4.73%-31.27%. Also, compared with the electrical cost of conventional operation schemes, the electrical cost is saved by 2.03%-5.79% by the schemes of adjusting blade angles when pumping certain discharge.

高效回转式泵站拦污清污机研制

为提高拦污清污设备的可靠性和清污效率,对齿耙牵引链条采用滚轮凸轨行走方式和限位装置,避免脱轨,提高齿耙左右定位精度;在此基础上,优化栅条、耙齿和齿耙管断面形状,实现耙齿、齿耙与栅条精确紧密配合,减少栅条污物粘附与卡堵,切断拖拽的水草,避免清污初期由于栅前过多的水草造成耙齿和齿耙过载损坏;单孔较宽的拦污栅采用2～3片分体结构拦污栅架,便于栅体吊装检修和更换;采用侧边导污板和底部弧形前置栅,提高侧边和底部污物清污效率。应用结果表明,回转式拦污清污机通过结构改进,提高了运行可靠性和拦污清污效率,降低了设备故障率和维护成本,减小了拦污栅前后水位差,提高了泵站运行可靠性和效率,运行维护费用节省9%以上,清污效率提高30%以上,拦污栅体前后平均水位差由60 cm减小到10 cm以下,泵站运行费用减小8%左右。

平面钢闸门反向挡水启门力数值分析

由于水闸上下游水位以及调水需求的变化,许多闸门需要满足正向挡水与反向挡水两种需求。垂直提升式钢闸门反向挡水时,闸门受力复杂,启门力显著增加,导致启闭机启门力严重不足。为此,本文以江苏省某闸站的节制闸为研究对象,提出了基于均相流模型的启门过程中水流对门体的作用力的计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)预测方法,对启门过程中不同开高时的启门力进行了计算,分析了启门力增加的原因。结果表明:数值预测的启门力与实测结果一致,提出的方法能有效预测启门力随闸门开高的变化规律。平面钢闸门反向挡水时的启门力相比正向挡水情况大幅增加。启门过程中,水流对闸门底部主梁垂直向下的作用力是导致启门力增加的原因,该作用力表现为闸门底部主梁上下表面的压差(上表面压力大、下表面压力小),在闸门开高从0增加到最大的过程中,底部主梁上下表面压差表现为先增大后减小、再增大后减小的异常规律,从而导致启门力出现与之一致的规律。论文研究结果对于提高闸孔过流数值模拟精度、改进闸门设计、优化平面钢闸门启门力具有重要意义。

双向钢闸门反向挡水启门力CFD分析与减载对策

为解决工程中发生垂直提升式双向挡水钢闸门反向挡水时,启门力过大,常规选用的启闭机启门力不足等问题,以江苏省某闸站的节制闸为研究对象,对反向挡水启门过程中的闸门进行受力分析,采用CFD方法计算闸门不同开高时的过流流场和水流对闸门的作用力,计算启门力,并实测验证,分析启门力影响因素和增大的原因,提出采用增大横梁排水孔面积的方法减小启门力,采用ANSYS Workbench对排水孔加大后的闸门横梁强度进行校核.结果表明:启门过程中,下泄水流冲击闸门底部主梁上表面,造成上下表面压力差,是启门力增加的主要原因;增大排水孔面积,启门力呈线性规律下降,同时,由于水流对闸门水平作用力减小,主梁最大应力减小,强度能够保证.当排水孔面积增大到原面积8倍时,启门力下降7.6%~11.9%,效果显著.成果对于改进双向挡水闸门设计、减小启门力、保障启门安全具有重要意义.

泵站漂浮物拦污栅拦截与过栅试验研究

泵站在进水前设置拦污栅拦截大体积漂浮物,避免因水泵缠堵造成流量减小、效率降低和电动机过载等现象.但为减小拦污水头损失和清污量,允许小体积漂浮物过栅通过水泵.拦污栅前单个漂浮物,一旦被拦污栅拦截,会导致后续小尺寸漂浮物被拦截概率增大.为掌握漂浮物拦污栅拦截与过栅特性,研究河道漂浮物特性,观测其运动状态,探究漂浮物过栅、拦截条件与规律.研究结果表明:漂浮物过栅概率与栅条间距、漂浮物大小、质地和水流流速等因素有关.漂浮物过栅概率随着物距比δ(漂浮物长度与栅条间距比值)的增大而减小,当物距比增大到某一临界值δ_(c)时,漂浮物过栅概率曲线趋向水平,即对于类型和大小一定的漂浮物,通过减小拦污栅栅条间距,可以降低过栅概率,但当δ=δ_(c)后,再增大物距比对提高漂浮物拦截概率作用不大,相反会增大拦污栅造价和水力损失.研究结果对拦污栅和清污机设计与运行管理有重要意义.

能源动力类本科毕业设计教学改革探析

面向新工科建设人才培养目标,结合能源动力类专业特点,针对本科毕业设计培养环节中存在的问题,分析工科教师和学生所面临的新的发展要求。提出组建新老结合的指导教师团队,强化教师工程背景,发挥各自优势的观点;将导师角色贯穿本科教学过程,落实以学生为中心的教育理念;加强毕业设计过程考核与管理,强化工科毕业生的工程素养,形成新工科时代背景下的教学模式,全面提升工科教师与工科学生的综合能力。

全贯流泵装置水泵特性模型试验研究

全贯流泵由于结构特殊,泵的输入机械功率不能直接测得,导致难以获得泵装置的有关特性参数。针对全贯流泵装置效率难以直接分析的问题,提出用损耗分离法进行全贯流泵效率计算。即根据电机与水泵装置之间的能量传递及损耗关系,通过测量电机输入电功率及泵装置的有关水力参数,分离电机损耗和泵装置损耗,运用MATLAB对数据进行函数曲线拟合验证,求出水泵的输入机械功率,分析并计算全贯流泵装置水泵特性参数。最后运用公式解析法计算泵装置输入机械功率,比较两者偏差。结果表明:损耗分离法可以得到比较准确的水泵装置特性参数,可以用于全贯流泵装置试验水泵特性研究与效率计算分析。

特低扬程泵站超扬程运行水泵叶片安全校核

特低扬程泵站超扬程运行时,扬程增加比例大,长时间超扬程运行可能带来安全隐患。分析了轴流泵单叶片压力面压力分布情况,经理论计算和分析,确定了叶片根部截面为危险截面,给出了叶片轴向水推力、叶片阻力和叶片旋转离心力作用在叶片根部截面产生应力的理论计算方法,分析确定叶片根部断面进水边正面点为危险点,计算危险点的应力状态,给定最大应力的脉动范围;分别按最大工作应力不超过叶片材料许用应力、叶片工作安全系数不小于疲劳安全系数对危险点进行了安全校核。对苏州防洪工程4座泵站的4种型号水泵超扬程运行进行了叶片安全校核,结果表明,4种水泵叶片最大工作应力均小于许用应力,疲劳强度也都满足要求。

大型泵站电机轴承间接供水系统冷却计算与优化运行

大型泵站电机滑动轴承发热量大,需要冷却水系统冷却,控制轴瓦温度不致烧熔损坏影响泵机组安全运行。为了既要保证轴承运行温度得到控制,又要减少冷却水系统能耗,以大型泵站主电机为对象,计算滑动推力轴承发热量,对轴承-润滑油-油冷却器-冷却水系统进行冷却传热计算,计算预测了间接供水系统不同主机运行台数时的轴瓦运行温度及其规律,提出了冷却水系统的变阀优化运行方案。结果表明,实例泵站冷却水系统恰好能够满足全泵站机组最不利工况下,电机轴承运行温度的控制要求;冷却水进水温度越高,泵站主机开机台数越多,推力轴承瓦温越高;冷却水系统实施优化运行节能效果显著,可为大型电机冷却水系统的设计和运行管理提供参考。

闸门反向挡水时封闭梁格方案对启门力降低效果的研究

垂直提升式钢闸门反向挡水时,闸门的梁系结构朝向上游侧,由于水流的冲击作用,易导致启闭机的启门力严重不足。为了降低启门力,提出封闭梁格方案,基于CFD方法计算进行了分析,结果表明:闸门底部主梁上下表面压差形成的垂直作用力占水流总垂直作用力的85%~97%,封闭下部梁格与封闭全部梁格方案相比原方案的启门力分别降低15.5%与19.5%,原因在于避免了水流对底部主梁的冲击,降低了水流的垂直作用力。

涡判据在翼端间隙涡流分析中的应用与评价

以水翼侧端的间隙涡流为研究对象进行数值模拟计算,将涡量、压力、速度梯度张量的第二不变量Q及特征值λ2、旋转强度和螺旋度准则用于涡流分析,以参考实验的间隙涡流特征为依据,评价了各类涡判据的适用性.结果表明：基于速度梯度张量的Q,λ2和旋转强度准则,对于间隙涡流的辨识效果总体较好.为提高涡判据在不同流场中的适用性,基于应变率张量与旋转率张量的比值构建函数＊r,提出一种无量纲的涡识别准则,采用＊r 〈1的判据可以有效识别局部旋转占优的流动区域.