立式泵装置在特低扬程排涝泵站中的应用研究

随着城市防洪、排涝需求的逐渐增大,立式泵在大型低扬程排涝泵站中的使用频率逐渐增加,而其在特低扬程排涝泵站中的运用目前还比较少。通过研究立式泵装置在特低扬程排涝泵站中的应用,能发挥装置优势,提升工作效率。基于此,从特低扬程泵站泵装置型式出发,论述其应用的合理性,并通过实际案例解析立式泵装置在特低扬程排涝泵站中的应用。

风冷热泵装置复合冷凝系统的仿真研究

目前,复合冷凝技术已经形成了行业标准。但对风冷热泵装置复合冷凝系统性能进行的研究,特别是仿真研究相对较少。为了解该系统的性能,需要开发双冷凝器在系统中的仿真模型。文章通过应用SIMULINK仿真软件包,建立机组的仿真框图,并通过实验检验该方法的合理性和可靠性。结果表明,系统运行工况可分为部分热回收工况和全热回收工况。其中,部分热回收工况下达到用户所需卫生热水温度时长为全热回收模式下所需时长的0.37倍左右,且与部分热回收模式回收的热量约为机组冷凝热的27%较吻合。

扬州闸泵站潜水贯流泵装置性能试验与流场分析

为明晰扬州闸泵站潜水贯流泵装置的水力性能,采用数值模拟结合物理模型试验的方法分析该潜水贯流泵装置内流及水力性能,通过综合特性指标C.P.I对比分析了前后置灯泡体对泵装置能量性能的影响,优选了灯泡体后置的潜水贯流泵装置方案,灯泡体后置的潜水贯流泵装置最高效率达78.86%,此时流量为314.86 L/s,扬程为3.594 m,叶片安放角为+2°。在叶片安放角为-4°时,原型泵的飞逸转速达295.19 r/min,该飞逸转速为原型泵额定转速的1.75倍。各流量工况时直管式进水流道流线平顺,小流量工况时导叶体局部区域出现了回流且直管式出水流道内部螺旋状水流明显。随着流量的增大,灯泡体和出水流道的水力损失占比呈先减小后增大的趋势,灯泡体和出水流道占泵装置整个流道的水力损失比例最大。研究结果可为工程实践提供参考。

立式轴流泵装置流道内流及水力噪声的数值与试验分析

为探究立式轴流泵装置流道内部流动及水力噪声的分布特性,采用计算流体力学(CFD)和计算声学(CA)相结合的方法对泵装置内流场及内声场进行数值求解,并通过物理模型试验对数值计算结果的有效性给予了验证.结果表明:肘形进水流道内部流态较为平顺,流速分布较为均匀,受导叶体剩余环量的影响,水流在90°弯管内流速分布不均匀,流线呈螺旋状运动进入直管式出水流道,导致内部流态紊乱;流道内声压级和声压强峰值主要出现在叶频及其倍频处,表明叶轮的旋转是诱导流道噪声的重要原因,其中肘形进水流道总声源强度最大值位于出口处,为254.8 dB,直管式出水流道总声源强度最大值位于结构渐变段,为248.8 dB;流道内部过流断面面积的变化对流速的分量变幅有重要影响,流速的分量变幅越大,总声源强度就越大,直管式出水流道结构渐变段总声源强度相对于进口处增大了2.6%,因此在立式轴流泵装置流道优化设计时,应减少流道结构的变化.

不同导叶张数对双向竖井贯流泵装置影响的受力分析

【目的】研究竖井贯流泵装置在不同导叶片数影响下的受力情况。【方法】本文采用CFD方法,以某工程双向竖井贯流泵装置为研究对象,利用TurboGrid和Icem进行网格划分,基于RNG k-ε湍流模型,对4、5、6、8片导叶片数的双向泵装置在-2°安装角度下分别取0.85Q、Q、1.15Q的流量工况进行数值计算和试验研究。【结果】正反向运行情况下,导叶片数为4、5、6、8片的情况下泵装置轴向受力平均值接近,当导叶片数与叶片数成倍数关系时,轴向力脉动峰值显著增大,影响装置安全运行;叶轮径向受力均较小,可以忽略对工程的影响。将导叶片数设置为偶数时,可降低导叶受到的径向合力。【结论】在实际设计生产过程中,应当避免使导叶片数与叶片数成倍数关系。

立式轴流泵装置外特性试验研究

为进一步了解具有蜗壳式出水流道轴流泵装置的外特性,确保泵站完建后的安全稳定运行,以涧沟泵站泵装置模型试验结果为基础,研究了涧沟泵站泵装置的水力性能,并根据试验结果优选该泵站的运行方案。试验结果表明:该泵站以叶片角度-2°运行时,流量和扬程均满足设计要求,泵装置可以达到最高效率71.4%;随着扬程的增大,流量降幅减小,符合排涝泵站需长时间大流量排涝的经济性要求;该泵装置汽蚀性能符合设计要求,叶片角度为-4°时,飞逸转速达到最高值,最高值小于2倍的额定转速,飞逸特性优良。此试验泵装置作为排涝泵装置时各项性能较为优异,具备深入研究开发的价值,可为扬程相近、流量较大的排涝工程设计提供参考。

新桃花港江边枢纽工程双向立式泵装置模型试验分析

为确保新桃花港江边枢纽工程泵站的高效安全稳定运行,全面掌握该泵站装置的运行性能,采用物理模型试验方法,对不同叶片安放角时泵装置的能量性能、空化性能及飞逸特性进行测试与分析。结果表明,在叶片安放角0°时,泵装置的效率最高为70.01%;在排涝设计扬程2.83m时,叶片安放角+2°下的原型泵装置的流量为16.34 m^(3)/s,效率为67.5%;在引水设计扬程1.34m时,叶片安放角-4°下的泵装置流量为215.8L/s,原型泵装置的流量为16.84 m^(3)/s,效率为66.5%,流量均满足设计流量16 m^(3)/s的要求。水泵的空化性能满足最小淹没水深的要求。在叶片安放角-4°时,最大净扬程2.81m下的原型泵最大飞逸转速是额定转速的1.54倍,建议按此飞逸转速校核机组结构强度。

可调导叶对双向潜水贯流泵装置性能影响的试验分析

为确保扬州闸泵站双向潜水贯流泵装置水力性能的优异性,采用物理模型试验方法测试了配有双可调导叶的双向潜水贯流泵装置的能量性能、空化性能和飞逸特性,并对比分析灯泡体位置对双向贯流泵装置水力性能的影响。结果表明:在排涝工况时泵装置采用后置灯泡体(HZ),引水工况为前置灯泡体(QZ)的技术方案。叶片安放角-2°时,扩散可调导叶的调节角20°下HZ泵装置效率为66.2%,流量为267.03 L/s;直可调导叶的调节角12°下QZ泵装置效率为64.1%,流量为250.46 L/s。在排涝工况最高扬程3.81 m时,叶轮的必需汽蚀余量为6.9 m;在引水工况最高扬程1.2 m时,叶轮的必需汽蚀余量为5.8 m。在校核电机和水泵强度时建议采用2.5倍额定转速,确保电机和水泵能在排涝工况381.42 r/min时运转2 min以上。

箱涵式出水流道设计参数对泵装置性能的影响研究

为了研究箱涵式出水流道对泵装置水力性能的影响,采用DOE参数设计和CFD数值计算方法,研究箱涵式出水流道长度、宽度和高度3个设计参数对泵装置水力性能的影响,得到25个不同参数出水流道方案的CFD计算结果。研究表明,箱涵式泵装置出水流道高度对效率的影响最大,宽度对效率的影响次之,而流道长度对效率的影响最小。其中,方案11箱涵式泵装置效率最高,达到73.64%;最高效率与最低效率方案差别达到5.02%。流道宽度越宽、流道高度越高,可使导叶出来的水流扩散更充分,同时可以回收更多速度环量,进而提高泵装置的运行效率。研究结果可为提高箱涵式泵装置的运行效率提供参考。

泵装置飞逸特性试验研究与分析

针对2套贯流泵装置和2套立式轴流泵装置进行飞逸特性试验,试验结果表明,对同一泵装置,不同叶片安放角时,单位飞逸转速均不相同;相同叶片安放角时,单位飞逸转速随着反向水头的减小而减小,并非为一定值;仅仅出水流道不同的泵装置,其单位飞逸转速也不相同。通过对模型泵装置阻力矩的计算分析,得出了在不同反向水头工况下相同叶片安放角时单位飞逸转速不是定值的原因,在实际工程中采用模型泵装置的单位飞逸转速进行原型泵站飞逸转速换算是偏安全的。

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。

平面S形流道双向轴流泵装置水力模型研究

采用双向对称翼型设计轴流泵叶轮 ,配合平面 S形布置的进出水流道组成双向抽水装置。通过不同的导叶及布置方式来适应泵站不同的正反向运行工况的要求。该装置只要改变电机的转向即能实现双向抽水 ,结构简单、运行管理方便。净扬程在 3m左右时 ,泵装置正向最高效率可达到 6 2 %～ 6 6 % ,反向装置效率可达到 5 5 %～ 6 2 % 。

斜轴伸泵装置水动力数值计算与模型试验

为研究斜轴伸泵装置的水动力特性,基于ANSYS CFX软件采用RNG k-ε湍流模型和可伸缩壁面函数对泵装置进行三维粘性湍流定常数值计算,计算区域包括叶轮、导叶和进、出水流道,共计算包括设计工况在内的9个工况点。计算结果揭示出该泵装置的内部流动特性,分析在叶轮旋转条件下斜15°进水流道出口断面的水力性能及其对叶轮进口断面相对高度位置的影响和叶轮受水流作用力的分布规律,并探讨水力矩的变化规律及翼型附近的相对流速分布,给出参考的叶轮名义安装高度取值范围(0.7～0.9)D。通过数值计算预测了模型泵装置的水力性能并与物理模型试验结果进行对比,预测的效率值和试验值最大绝对误差为5.01%,最优工况与设计工况时扬程的相对误差、效率的绝对误差均在3.5%以内。

对称翼型转轮双向泵装置紊流数值模拟与性能预测

运用紊流数值模拟技术对包括转轮、导叶在内的对称翼型转轮双向泵装置进行数值模拟。计算采用RNG紊流模型 ,通过 SIMPL EC算法 ,利用控制容积有限元法离散三维不可压 Navier- Stokes方程 ,计算了不同工况下双向泵装置定常流动。通过计算预测了泵装置水力性能 ,并与模型试验结果进行了比较 ,研究表明数值预测与试验数据值吻合较好。数值分析显示对称翼型转轮的正反向性能差异不大 ,对称翼型转轮在低扬程有双向工况要求的泵站中有广泛的应用前景。

导叶叶片数及导叶相对位置对低扬程轴流泵装置性能的影响

为研究导叶叶片数及导叶相对位置对轴流泵装置性能的影响,设计了3个不同导叶数方案和4个不同导叶相对位置方案,采用计算流体动力学软件分别对每个模型在0.8Q_d～1.2Q_d之间的5个工况进行计算.根据数值计算结果,选择最优模型,即导叶数为5,叶轮出口距导叶距离为0.086D的泵装置模型进行能量特性试验,并将试验结果与数值计算结果进行对比分析.结果表明:当轴流泵叶轮叶片数一定时,增加导叶数,将使导叶水力损失增大,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;当叶轮叶片数和导叶数一定时,叶轮出口至导叶进口距离过大或过小时,将使导叶水力损失增大,导叶出口速度环量减小,出水流道水力损失增大,泵装置效率将下降;试验结果与数值计算结果的误差在4%以内,验证了数值计算的可靠性、准确性.研究结果可为泵装置的导叶水力设计和效率提高提供一定参考.

流量与环量对低扬程泵装置流道水头损失的交叉影响

流道水头损失与流量及环量之间的关系,是低扬程泵装置水力设计理论中对提高其水力性能的研究具有较大影响的重要问题.低扬程泵装置水泵导叶出口水流所具有的速度环量使上述关系变得复杂起来,需全面认识.研究结果表明:在无环量的条件下,进、出水流道水头损失与流量平方成正比;在Reynolds数达到阻力平方区要求的条件下,在一定转速范围内,对于不同转速下运行时的相似工况,流道水头损失与流量平方成正比,表现为泵装置效率保持不变;低扬程泵装置中设计流量时的出水流道水头损失决定于导叶出口水流的速度环量,两者之间的关系为一开口向上的曲线,存在最优环量;在低扬程泵装置变工况运行的条件下,出水流道水头损失受流量和环量的交叉影响,在水泵正常运行工况范围内,流道水头损失与流量之间呈现出接近于线性的关系,其机理有待进一步深入研究.

双向潜水贯流泵装置水力模型研究

基于常规潜水轴流泵的结构组成双向贯流泵装置 ,双向抽水功能通过潜水泵整体掉头和采用双向叶轮这两种方式来实现。通过模型试验掌握导叶和流道结构尺寸对潜水贯流泵装置水动力性能的影响。研究表明 ,这两种双向贯流泵装置的性能均优于目前常用的井筒式装置 ,特别是双向叶轮潜水贯流泵装置具有结构简单、维护管理方便的优点 ,适合于低扬程双向泵站使用。

灌排双向立式泵装置内部水流压力脉动特性

通过物理模型试验方法研究灌排双向立式轴流泵装置内部压力脉动特性.在进水流道前端、导叶体出口和出水流道后端壁面上布置3个压力脉动测点.在额定转速为1 450 r/min时,对5个不同叶片安放角度下能量试验的压力脉动、叶片安放角为-4°时不同特征工况点空化试验的压力脉动,以及3种不同转速的压力脉动等进行了测试和分析.测试结果表明:进水流道前端、出水流道后端和导叶体出口处的最大压力脉动相对幅值分别为0.22,1.10和1.20.在不同叶片安放角度时,进水流道前端和出水流道后端的压力脉动相对幅值随流量的增大而增大;而导叶体出口处的压力脉动相对幅值随流量的增大,先减小后增大,其最小值出现在最优工况点对应的区域.在空化试验情况下,当泵装置进口压力降低至某一值后,导叶体出口处的压力脉动相对幅值开始增大.不同转速时,各测点的压力脉动相对幅值随扬程的变化趋势相同.在相同扬程时,进水流道前端和出水流道后端的压力脉动相对幅值随转速的增大而增大,然而未发现导叶体出口处的压力脉动相对幅值与转速的变化有明显的规律.

基于CFX的双向立式轴流泵装置水力性能分析

为分析双向立式轴流泵装置的内部流动结构并进行性能预测,应用三维紊流Navier-Stokes、RNG k-ε湍流模型和壁面定律对泵装置进行全流场数值模拟研究,共计算了额定转速下240—460L/s流量范围内的9个工况点.分析了导水锥对进水流道水力性能的影响及导叶体对装置性能的影响,并通过泵装置模型试验对预测的外特性结果进行验证.研究表明,加设导水锥可消除喇叭口下的奇点,避免附底涡的产生,加设导水锥后进水流道出口断面轴向速度分布均匀度提高0.5—0.8个百分点,速度加权平均角提高了0.3°—1.28°.导水锥对自流工况的影响很小.大流量工况时扩散导叶对叶轮出口环量的回收效果优于常规导叶,泵装置效率明显提高.

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。