特大流量潜水贯流泵叶轮水力设计优化研究

针对Q=100 m³/s的特大流量潜水贯流泵装置,对叶轮叶片及导叶进行水力设计,基于正交试验方法进行优化,对最优泵装置方案进行CFD计算,探究机组外特性,并对导叶出口边齐平与不齐平的两种导叶安放型式机组水力性能参数进行了对比分析。研究结果表明:叶轮轮毂比为0.4,叶片数为4,导叶数为6时,泵装置的效率最高,泵装置的最高效率为80.52%;1.0Qd工况下泵装置扬程为2.73 m,效率为74.68%;0.87Qd工况下泵装置扬程为4.50 m,效率为80.14%;1.12Qd工况下泵装置扬程为0.45 m,效率为23.77%;从扬程、效率、导叶段水力损失等参数,得出不齐平的导叶出水边安放型式机组水力性能更优。针对叶轮和导叶的造型方法及正交试验与CFD计算组合的优化方法均提高了水力优化工作效率,适于推广应用,研究成果对低扬程特大流量水泵开展的计算分析工作也为潜水贯流泵大型化发展提供了一定的水力性能参考。

潜水贯流泵在公园双向泵闸中的应用

泵闸作为水利片控制工程的重要组成部分,主要发挥排涝功能,兼顾引水、水资源调度等综合功能,同时将泵闸等水工建筑与景观公园布置相结合,打造和谐一体水工建筑。针对小型泵闸工程建设,考虑将潜水贯流泵和水闸启闭机房布置在一起,节约用地空间,将功能建筑与现状景观结合,通过景观建设,使城市与河道绿地的分界相互契合渗透,在城市中再现青山绿水。

CFD在大型潜水贯流泵装置选型设计中的应用

为分析在不同工况下泵装置内部流态和叶轮的水力特性,预测泵装置整体水力性能,以大闸河排洪泵站大型贯流泵装置为研究对象,建立泵装置的进水流道、泵段(叶轮和导叶)和出水流道的整体水力模型,采用SST k-ω湍流模型进行CFD数值模拟计算。结果表明,在设计要求运行范围内泵装置内部流线平顺,流态稳定,压力分布均匀,整体水力性能良好,水力模型及水泵参数均能够满足泵站设计要求,研究方法可为泵站工程的水泵选型设计提供借鉴。

大型潜水贯流泵装置叶片区压力脉动试验

为研究潜水贯流泵装置叶片区压力脉动特性,采用动态压力传感器在模型泵装置叶片前缘、中部和尾缘附近设置3个压力监测点,对多个工况的压力脉动进行测量。试验结果表明,不同流量工况下,叶频及叶频倍数是叶片区压力脉动的主要频率,在大流量工况下,叶片前缘和尾缘处主频为两倍叶频,叶片中部为叶频,其余工况下各监测点主频均为叶频。空化对叶片前缘压力脉动影响较为复杂,大流量工况下临界空化时主频由两倍叶频变为一倍叶频,达到深度空化时主频幅值明显减小,设计流量工况下空化使得谐波频率上升,频域分布更广,小流量工况下主频幅值随空化的发展呈上升趋势。叶片中部和尾缘主频幅值表现出随空化发展增大趋势。相同流量工况下,压力脉动强度从叶片中部、尾缘到前缘总体上呈减小趋势,且叶片区各监测点压力脉动强度随流量增加总体呈下降趋势。

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。

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明:在叶轮的叶片安放角0°、双侧可调导叶的叶片调节角0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为59.29%,引水工况时泵装置最高效率为58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于92%,速度加权平均角均大于89°,直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参考价值。

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。

潜水贯流泵金属流道混凝土一次浇筑施工技术研究

潜水贯流泵金属流道混凝土施工常规施工技术为流道安装前后进行砼分期浇筑。混凝土分期浇筑对水泵安装的容错率较大,安装成功率较高,但不足之处是施工期相对较长,且易形成施工冷缝、混凝土外观色差等质量缺陷问题。为保证泵站工期与质量,经过研究[1-3],进行技术方案比选,确定采用将金属流道混凝土分期浇筑变为一次浇筑,大大缩短了施工工期,节约了成本,同时也消除了常规施工方法引起的质量缺陷[4-5]。本文详细阐述了该施工技术方案的工艺原理及方法,可供类似工程借鉴。

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。

电动机前置和电动机后置潜水贯流泵装置水力性能比较

为了推动潜水贯流泵装置在低扬程泵站中的应用,提出了电动机前置的新型潜水贯流泵装置型式.基于某大型潜水贯流泵站的设计参数,分别设计了电动机前置和电动机后置2种型式的潜水贯流泵装置方案,采用数值模拟方法对这2种型式潜水贯流泵装置的三维流场分别进行数值计算和分析,预测泵装置的扬程和效率,并比较其水力性能和结构特点.结果表明:这2种型式潜水贯流泵装置的进水流道内水流收缩都平缓均匀、流线层次分明,电动机前置方案出水流道内水流扩散平缓且无旋涡或其他不良流态,电动机后置方案出水流道内主流偏向流道扩散段右下侧并在左上侧产生旋涡;电动机前置方案的流道水头损失小、泵装置效率高,水力性能优于电动机后置方案;电动机前置方案的潜水电动机密封更可靠、电动机支撑结构更合理、水泵导叶体的水力设计更成熟.潜水贯流泵装置应优先采用电动机前置方案.

双向潜水贯流泵能量特性与振动模型试验

结合上海北横泾双向潜水贯流泵，进行了模型泵正、反向能量和振动试验研究。结果表明：正向工况水力损失比反向工况偏大，效率比反向工况要低一些；高扬程下模型泵容易发生空化，流态出现紊乱，装置振动又加剧了空化形成和汽泡渍灭，导致水泵效率有所下降，低扬程（H=1-2m）下双向潜水贯流模型泵具有良好的水力性能；正向工况模型最高效率区为59％-60％，反向工况模型最高效率区为60％-62％，且在高效率区附近，试验装置振动平稳，振幅较小，适用于低扬程双向泵站。

鹅湖泵站湿定子潜水贯流泵装置模型试验研究

为了满足泵站设计规范要求,提高城市防洪治涝能力,文中针对TJ04-ZL-02和TJ04-ZL-20模型鹅湖泵站的设计采用湿定子潜水贯流泵,对两个不同类型的湿定子贯流潜水泵装置模型进行了能量性能、空化性能、飞逸、压力脉动及泵轮带转子环的试验,精准找到了最优效能泵型,可供类似工程参考。

潜水贯流泵在龙子湖泵站中的应用

文章介绍了泵装置型式的选择,潜水贯流泵的性能与布置,指出了其应用前景。

基于有限元分析的潜水贯流泵出线段优化设计

针对某型号潜水贯流泵的工作特点,首先分析了原设计中出线段设计存在的问题,然后分析了出线段的受力情况,最后重新建立了概念模型,并对其进行了有限元分析和计算,成功地完成了潜水贯流泵出线段的结构设计,缩短了设计周期,节约了成本。

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。

大型潜水贯流泵装置设计与应用

潜水贯流泵装置具有进出水流道顺直、水力损失小、泵装置效率高、土建结构简单、开挖深度小等突出优点。针对江苏省通榆河北延送水工程灌北、善南泵站特点，采用了单泵设计流量为10m^3／s、叶轮直径为2m的卧式潜水贯流泵装置，这是目前我国叶轮直径最大的卧式潜水贯流泵装置。工程实践证明，潜水贯流泵装置应用于低扬程大流量泵站是可行的，在特低扬程下，可获得较高的泵装置效率。

可调导叶式潜水贯流泵的设计

本文论述并比较了目前工程实践中双向抽水泵站的几种实施方式,针对潜水泵的技术特点,提出一种半可调导叶式潜水贯流泵的设计思路,用实例论述其实施方式,并在工程实践中获得运用,取得了良好效果。

某潜水贯流泵站噪声现场测试与分析

潜水贯流泵站因其结构紧凑、流道顺直、装置效率高而被广泛采用,但其运行时也会产生超标振动噪声,给泵站运行人员及仪器、设备等带来危害。随着对泵站环保要求的不断提高,需合理制定泵站声环境控制目标及治理技术路径。通过对某潜水贯流泵站泵机组多工况条件下的噪声进行测试,发现泵站各个工作面噪声分布特征明显,超出国家相关标准程度不一,超标噪声频率主要集中在中、低频,泵站基坑可视为一发出大量中、低频超标噪声的相对稳态声源,危害及治理难度大。研究揭示了该类型泵站不同工作面噪声分布规律及声源特性,为泵站噪声研究及后期治理提供了依据,对改善泵站运行环境,提高泵站安全运行效率和现代化管理水平具有科学指导意义。

带可调导叶的双向潜水贯流泵装置水力性能

为提高双向潜水贯流泵装置正反向运行时的水力性能,该研究提出在叶轮前后布置可调导叶,并通过模型试验和数值模拟的方法研究其水力性能,对比灯泡前置和灯泡后置性能差异。研究结果表明:采用可调导叶的双向潜水贯流泵装置兼顾正、反向性能,灯泡前置和后置最优导叶角度分别为12°和20°,最高效率分别为67.9%和66.5%,最高效率点流量约为0.285和0.265 m^(3)/s,灯泡前置时装置效率更高。通过导叶调节,灯泡前置式效率提高约7个百分点,灯泡后置效率提高约6个百分点。就叶轮性能而言,灯泡后置式的叶轮扬程和效率要高于前置式,在灯泡前置和后置最高效率点附近叶轮扬程和效率相差较小,装置性能差异主要由过流部件损失造成。灯泡前置的最小损失小于灯泡后置,灯泡前置式在大流量时损失小于灯泡后置式,在小流量时则要大于灯泡后置式,使得灯泡前置式高效区向大流量偏移。与目前采用常规导叶的双向贯流泵相比,可调导叶可明显提高反向运行时的水力效率,对双向泵站的建设具有较大的工程意义。

基于流固耦合的湿定子潜水贯流泵一体式叶轮强度分析

湿定子潜水贯流泵有别于一般贯流泵,其水泵叶轮安装在电机转子内腔,电机转子与叶轮为一体式结构。为验证此叶轮结构的安全稳定性,应用ANSYS workbench对其进行单向流固耦合数值模拟分析,研究流固耦合作用下叶轮结构的力学特性,获得了水动力和磁拉力共同作用下叶轮的应力和应变分布。结果表明:叶片根部与尖端出现不同程度的应力集中现象,最大应力出现在叶片工作面尖端;叶片变形分布径向梯度明显,与叶片半径呈正比关系;叶轮强度校核结果满足要求。研究成果可为湿定子潜水贯流泵叶轮结构优化设计与水力特性分析提供参考。