液压全调节系统在斜轴泵、竖井泵上的应用

介绍了大型液压全调节系统在斜轴泵、竖井贯流泵上的开发和应用,阐述了叶片全调节系统的原理、特点及优越性,为类似泵站的设计开发提供了有利的参考。液压全调节系统在大型水泵上的应用,已在多个大型泵站中得到成功认证。

竖井式贯流泵进出水流道优化CFD仿真计算

结合引江济淮工程(河南段)赵楼竖井式贯流泵站进水流道、出水流道优化,应用CFD(计算流体动力学)技术对赵楼泵站进、出水流道,叶轮,以及导叶内的流动进行三维紊流数值模拟,确定了综合考虑泵段性能、超声波流量计安装要求和土建投资的进出水流道优化方案。研究结果表明:进水流道竖井头部和尾部的收缩曲线影响流线流速分布;减小进水流道竖井总长度,同时,竖井头部形状为渐变收缩、尾部形状为圆弧的进水流道方案总体水力性能较好。直管式出水流道的断面面积及断面平均流速变化均匀,并且水力损失较小。研究结果可为大中型竖井式泵站的进、出水流道优化提供理论参考。

竖井式贯流泵能量特性分析及叶片优化设计

叶轮是竖井贯流泵进行能量转换的核心部件,改进叶轮的几何结构可以有效改善竖井贯流泵的能量特性。本文基于RANS方程和RNG k-ε湍流模型,计算并分析了原型竖井贯流泵在0.6Q~1.3Q内9个不同流量工况下的叶轮部分及整机能量特性和扬程-流量关系,得到了原型泵叶轮和整机效率随流量变化的曲线,并对优化设计前后的模型进行了计算对比。研究表明:小流量工况下,整机效率同叶轮效率具有一致的变化水平,并且主要存在涡流损失;大流量工况下,整机效率随流量增加而下降的幅度大于叶轮,并且主要存在撞击损失和摩擦损失。叶轮叶片包角的改变不仅可以使效率曲线发生偏移,也能使扬程曲线偏转。当流量逐渐增大时,大包角叶轮效率表现逐渐向好,叶轮扬程下降的幅度也随之加快;而随着流量的减小,小包角叶轮性能表现更佳,叶轮扬程上升的幅度增快。

双向竖井贯流泵结构工作原理特点、安装流程和安装控制的要点

双向竖井贯流泵是长三角地区常见的水利工程用水泵泵型,在给排水、防洪排涝、城市河道调水和农业灌溉等有着广泛应用。笔者通过中横沥南闸这一典型应用场景对双向竖井贯流泵工作原理和特点阐述,对双向竖井贯流泵的施工流程和施工关键技术要点进行了分析,以期帮助类似水泵安装提高效率和精度,为同类型水泵安装问题提供经验参考。

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。

新川沙泵闸大型双向泵装置调速性能及试验

对于引水和排涝扬程相差较大的低扬程大型双向泵站,需兼顾双向运行工况下的水泵装置性能,有必要对该类泵站水泵装置性能及运行方式适配性进行研究。以目前国内引水规模最大的双向竖井贯流泵站新川沙泵闸为研究对象,进行水泵机组设计及性能调节研究。泵站引、排设计净扬程分别为0.68、2.79m,比较分析了不同调节方式下的水泵性能改善效果。通过CFD数值计算和装置模型试验验证了设计的合理性,并对不同转速下水泵的性能进行了测试。研究结果表明,在性能调节方面,变频变速调节效果优于叶片调节,对各种工况运行适用性更强;降速运行时,水泵装置整体效率略有下降,但降至0.8倍额定转速范围内,高效区效率仅下降1%左右。根据水泵性能测试结果,提出了不同扬程范围变速运行调节控制方案,可为今后大型双向泵站选型及运行调节方式提供借鉴。

前、后置竖井贯流泵装置基本流态分析

利用数值模拟软件Fluent 6.2对雷诺时均N-S方程进行离散,采用S-A单方程模型和SIMPLEC算法对前置竖井和后置竖井贯流泵装置在50%～120%设计额定流量等共16种工况进行了数值计算,并与换算成原型尺寸后的模型试验结果进行了对比,发现性能变化趋势吻合较好,在相同流量下数值计算值与试验值效率误差均在±5%以内。分别对前、后置竖井贯流泵装置的进水流道、泵室段和出水流道在设计流量工况下的基本流态进行了分析和对比,探讨了水力损失的原因。结果表明,前置竖井贯流泵装置的进、出水流态都比较好,而后置竖井贯流泵装置的进水流态均匀平顺,但出水流道的流态比较混乱,水力损失相对较大,装置效率低于前置竖井贯流泵装置;导叶和竖井是影响出水流道流态和装置效率的关键因素,在导叶环量和竖井的影响下极易产生脱流和漩涡。

导叶位置对双向竖井贯流泵装置水力性能的影响

为了研究导叶位置对双向竖井贯流泵水力性能与流态的影响,利用CFX14.5对6种导叶位置方案的双向竖井贯流泵在正向运转与反向运转时分别进行小流量工况(0.8Qdes)、设计流量工况与大流量工况(1.1Qdes)的定常计算,总计共36个工况。将数值模拟结果与泵装置外特性试验数据进行验证对比,并对计算结果进行水力性能与流态分析。研究结果表明:泵装置数值模拟结果与试验数据吻合度良好,最大相对误差小于5%。泵装置正向运转时,在小流量下,泵装置效率随导叶位置S增加而下降,S=40 mm时的导叶水力损失最大;但是在设计流量与大流量下,泵装置效率随导叶位置S增加而上升,S=100 mm时的导叶水力损失最小。泵装置反向运转时,导叶位置对泵装置水力性能与流态没有显著影响,综合考虑,选择导叶位置S=100 mm作为最终方案。

基于CFD的双向竖井贯流泵装置水力性能数值模拟

以某泵站双向竖井贯流泵装置为例,采用CFD数值模拟方法对模型泵不同的转轮叶片、叶轮位置及导叶位置方案进行了数值模拟,最终确定了改进泵装置模型结构参数,并分析了改进模型的综合特性和流场分布规律。结果表明,反向工况由于出水流道内无导叶进行导流和能量回收,出现了明显的回流、漩涡区,降低了流道效率,其出水流道流态较差,且因前置导叶的存在,恶化了叶轮进口水流条件,同时降低了装置过流能力与叶片做功能力,造成反向工况泵装置效率明显低于正向工况。

大型竖井式贯流泵装置的数值模拟与性能预测

基于三维不可压流体的雷诺时均方程和Spalart-Allmaras方程湍流模型,采用SIMPLEC算法,对大型竖井贯流式泵站的全流道进行数值模拟,分析流道的流态和叶轮的静压分布规律,揭示竖井式贯流泵流道流体的流动机理;对泵装置的流量和效率进行预测,并与模型试验结果比较分析.结果表明:出水流道内的流动为轴向流动与环向旋转的螺旋形合运动;叶片的静压分布呈现较为明显的规律,升力面的静压整体上较吸力面要高,且叶片吸力面的静压等值线分布较升力面密.性能预测结果和模型试验结果吻合较好.

竖井贯流泵能量特性试验研究

结合江苏某竖井贯流式泵站,对两种不同转轮在相同进、出水流道情况下进行了能量特性试验研究。试验研究表明,竖井贯流式水泵在超低扬程(1～2m)的调水工程中具有很好的水力性能,其模型泵装置的最高效率达69%左右,该项试验研究为今后竖井贯流泵的进一步开发研究获得了良好的开端。

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。

竖井式贯流泵装置的数值模拟与优化

基于三维雷诺时均N-S方程和realizablek-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法对广东省某大型竖井贯流式泵站的初始方案进行了数值模拟计算与分析,并提出流道尺寸的优化方案。对比优化前后的计算结果表明,该优化方案明显改善了整个流道的流态,减弱了水流在泵进口处的强烈冲撞,消除了局部回流、负压及脱流现象,水流在岔管处平稳过渡。该方案为泵站流道的优化设计提供了有力依据,可供类似工程参考。

基于熵产理论的竖井贯流泵流动损失特性

为了研究竖井贯流泵流动损失特性,基于URANS方法,采用FBM-CC湍流模型对竖井贯流泵内部流场进行了非定常计算,并利用熵产理论对不同流量工况下竖井贯流泵各部件的流动损失特性进行了定量分析。结果表明:FBM-CC湍流模型能够有效预测竖井贯流泵水力性能,与试验结果较为吻合;竖井贯流泵流动损失从大到小依次为叶轮段、出水流道、导叶体、进水流道;叶轮段能量损失的主要来源是湍流耗散,其熵产比率最高可达92%;涡流和流动分离导致出现局部高熵产区域;临界失速工况叶轮轮毂处存在大量涡流,轮缘处流动相对较稳定;深度失速工况受叶顶间隙泄漏流影响,叶轮进口轮缘处出现流动分离,随着流量进一步减小进水流道流态受到影响,叶片前缘出现分离涡。

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。

前置竖井贯流泵出水流道设计参数对其水力性能的影响

【目的】减小前置竖井式贯流泵装置出水流道水头损失、提高泵装置水力性能。【方法】采用经过模型试验验证的数值模拟方法,基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,研究了出水流道设计参数对其水力性能的影响。在分析出水流道组成和水力设计参数的基础上,拟定了3种不同出口宽度的出水流道,采用单因素变化方法对不同平面扩散角、立面扩散角、过渡段长度时的出水流道水头损失及出水流态分别进行了三维湍流流动数值模拟。【结果】随着出水流道平面扩散角的增加,流道水头损失先减小再增大,当平面扩散角为17°左右时,出水流道水头损失最小;当出水立面扩散角小于7°时出水流道水头损失基本不变,但大于7°时出水流道水头损失突然增大;随着出水流道扩散段长度增加,出水流道水头损失先减小再增大,在过渡段相对长度在0.6~0.8时达到最小;在出水流道水力设计参数常用范围内,各方案出水流道均无不良流态。【结论】采用合适的设计参数可使前置竖井贯流泵出水流道水头损失最小,提高泵装置效率。

竖井贯流泵装置进出水流道优化分析

为了解竖井贯流泵装置的适用性,结合南通九圩港提水泵站,采用UG与ANSYS软件对进出水流道、叶轮和导叶体进行了实体建模与网格剖分,对比分析了初设方案与优化方案下竖井段、出水段、泵装置内部等的流场。结果表明,优化汇流段型线能够明显提高泵装置的水力性能,确保竖井空间及流道壁厚,有利于机组安装维护。根据优化结果适当调整传动比,提高水泵转速,可保证泵装置的最大扬程满足实际需求。

南水北调工程邳州站竖井贯流泵装置进出水流态分析

为揭示竖井贯流泵装置内、外特性之间的联系,完善其优化水力设计理论,该文采用三维流动数值计算的方法,对南水北调东线一期工程邳州站泵装置流道表面的流场和垂直于x、y、z3个方向剖面的流场进行了多视角的详尽剖析,并分别采用透明流道模型试验和透明泵装置模型试验的方法检验了流态数值模拟结果。由数值计算和模型试验结果可得:前置竖井贯流泵装置进水流道内的流态均匀平顺、层次分明;出水流道内的水流在螺旋状运动中平缓扩散,流道内无任何脱流或旋涡等不良流态;其水力性能优异的主要原因在于其具有优异的内特性。邳州站前置竖井贯流泵装置主要工况点的泵装置效率超过83%、临界空化余量小于5m,水力性能优异。该文可为低扬程泵站的水力设计提供有益参考。

新型竖井贯流泵装置研发与数值分析

在分析不同贯流泵装置的结构特征和常用断流方式技术特点的基础上,针对城市防洪泵站扬程低、年运行时间较短、安全可靠性要求高的特点,设计了一种竖井进水、虹吸出水和真空破坏阀断流的新型竖井贯流泵装置.以盐城市某泵站工程为例,运用计算流体动力学方法,利用RNG k-ε湍流模型闭合雷诺时均N-S动量方程组,以适应具有较大曲率的虹吸式出水流道内部流动,采用多重参考坐标系方法(MRF)处理叶片动静耦合,采用SIMPLEC算法实现压力与速度的耦合求解,对该新型竖井贯流泵装置的模型进行了数值分析和性能预测.计算结果表明:经初步优化设计的新型贯流泵装置模型,内部流态平顺,在设计扬程为1.15 m、流量为0.326 m3/s的工况下,装置效率达56.0%;在最高扬程为1.95 m、流量为0.296 m3/s的工况下,装置效率达到68.8%.

通吕运河泵站竖井贯流泵装置综合性能分析

为了验证短宽形竖井配合贯流泵装置在超低扬程泵站中的水力性能,了解泵站的实际运行状况,以通吕运河泵站为例,通过物理模型试验研究其外特性,测试了贯流泵装置的能量、汽蚀和飞逸性能.结果表明,设计扬程工况下,叶片角0°满足设计流量要求且效率最高,推荐作为泵站实际运行角度;在试验扬程范围内,泵站汽蚀余量充裕,实际运行无汽蚀之忧;泵装置的飞逸转速随着叶片角度的增加而减小,在叶片角为-4°,最大扬程为3.70 m时,原型泵装置飞逸转速为额定转速的1.66倍,飞逸特性良好;通吕运河泵站在设计扬程对应的综合性能均满足设计要求,竖井贯流泵装置能够满足超低扬程泵站的运行需求,推荐在超低扬程泵站设计中优先采用.