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。

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。

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。

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。

前置灯泡贯流泵装置内部流动数值模拟

基于雷诺时均方程和RNG(renormalization group)k-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法对一前置灯泡贯流泵装置内部湍流流场进行数值模拟.分析了前置灯泡贯流泵装置的内部流动特征,进水流道内的流态比较平顺,而出水流道内的流态则是在非设计工况出现明显的偏流和漩涡.同时,预测了不同工况下前置灯泡贯流泵装置的水力性能(包括扬程、效率等),最优工况点的效率达76.24%.为今后前置灯泡贯流泵装置的设计优化提供了依据.

灯泡贯流泵装置内部流动数值模拟

基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、RNGk-ε紊流模型和SIMPLE算法,对一灯泡贯流泵装置模型的内部三维流场进行了全流道数值模拟.对同一转速下流量为20~35 L/s范围内的7个工况点的扬程、轴功率和效率等性能参数进行了预测,分析了泵装置内部速度场的分布.计算结果表明：在最优工况点,泵装置内部水流流态较好,压力分布也比较均匀;而在小流量和大流量工况下,包括灯泡体在内的出水流道内流态紊乱,出现偏流、脱流和旋涡等不良流态.为了验证计算的准确性和可靠性,对该装置模型进行了性能试验,并将数值模拟计算结果与模型试验的数据进行了对比,两者在高效区附近吻合较好,但在小流量和大流量工况下存在偏差.

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%.

轴伸式贯流泵装置全流场三维湍流数值模拟

为探讨轴伸式贯流泵装置双向运行时的内部流动结构并进行性能预测,应用三维湍流Navier-Stokes、Realizableκ-ε两方程湍流模型、壁面函数法和滑移网格技术,进行泵装置双向运行时的全流场三维湍流数值模拟研究。计算所采用的模型贯流泵具有特定的S形叶片及正向运行时的后置弯曲导叶。研究结果揭示了贯流泵装置正、反向运行时的全流道速度等值线、静压等值线、出水流道断面矢量及出水流道的流线形状特征,探讨在泵装置实际安装条件下泵与流道的相互影响,进行泵装置性能的数值模拟预测,并与试验结果进行比较分析。数值模拟结果表明,泵段的出口流态及导叶对流道的流动结构有很大的影响,扩散形流道对流道进口流态反映敏感,无导叶的直形泵装置出口扩散流道内的流动为轴向旋涡、环形旋涡、轴向流动的叠加,数值模拟计算预测泵装置性能的方法是有效、可行的,能够满足工程需要。

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。

虹吸式出水贯流泵装置结构特点及对比试验研究

广泛应用于低扬程和特低扬程泵站的贯流泵装置,传统设计基本采用平直管出水的结构型式。针对城市防洪泵站扬程低、年运行时间短、安全性和可靠性要求高的特点,提出了5种新型虹吸式出水流道的贯流泵装置结构型式,它们具有结构简单、断流可靠、安装检修方便、维修和养护成本低等优点。在保持模型泵不变的情况下,采用CFD数值模拟技术,进行了不同结构型式的虹吸式出水贯流泵装置数值分析、优化水力设计和性能预测。根据优化设计结果,在高精度试验台上进行了虹吸出水和直管出水的竖井贯流泵装置模型对比试验。试验结果表明,两种竖井贯流泵装置的水力性能基本接近,平直管出水和虹吸式出水都是合适的低扬程泵站出水流道结构型式;在特低扬程情况下,采用虹吸式出水流道的泵装置结构型式具有更明显的优势。

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.

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。

竖井式贯流泵装置进出水流道优化CFD

竖井式贯流泵装置流道顺直、水力损失小,并具有投资较少、结构较简单、安装维护方便等许多优点。为掌握竖井式贯流泵装置的水力特性,以便于对选择泵型和进、出水流道结构形式提供初步依据,结合盐城西闸站竖井式贯流泵进、出水流道优化,采用三维湍流数值计算的方法,分别对出水流道型线,进水流道高度、宽度及型线等多参数进行了优化,提出了综合考虑土建投资和水力性能的进、出流道设计方案。研究结果表明:进水流道竖井内外型线显著影响进水流态;改变进水流道的宽度和高度,提高了叶轮进口的流速均匀度和改善了入泵条件;减小出水流道宽度和取消原设计方案中的平直段管,改善了渐变扩散段的流态和压力分布。结果可为竖井式进、出水流道的水力设计、流道尺寸的合理确定提供理论依据。相关成果已在工程实施,取得了较好效果。

灌北、善南泵站潜水贯流泵装置的水力特性研究

通榆河北延送水工程灌北泵站和善南泵站扬程低且年运行时间较长，为得到较高的泵装置效率，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。采用三维湍流流动数值计算和模型试验的方法，分别对这种型式泵装置的内外水力特性进行了研究，表明卧式潜水贯流泵装置具有水流平顺、均匀和流道水力损失小的优点，水力性能十分优异。

特低扬程竖井贯流泵装置水力特性试验研究

结合江苏省常州市大运河东枢纽泵站工程,对设计净扬程(1.0m)的特低扬程前置竖井式贯流泵装置特性进行了试验研究。试验测试了模型泵在不同叶片角度下运行的能量特性、汽蚀性能和飞逸转速特性,在此基础上换算得出原型泵的水力特性,绘制了模型以及原型泵装置的综合特性曲线和单位飞逸转速曲线。试验结果表明,泵装置最优工况点的模型装置效率为78.83%,对应的扬程和流量分别为1.70m和22.66m3/s;在设计扬程1.0m、流量25.35m3/s时的模型装置效率为67.5%。对于特低扬程泵站,竖井贯流式水泵具备能量特性好,装置效率高,且运行和维护方便等优点,特别适用于平原水网地区的防洪排涝工程。

井头泵站竖井式贯流泵装置流态及性能分析

宿迁市井头泵站设计扬程和平均扬程均为1.7m,为适应其扬程低的特点,采用了竖井式贯流泵装置。运用三维湍流数值计算方法对该泵装置进、出水流道进行了优化水力设计,并通过模型试验对泵装置水力性能进行了检验。模拟计算结果表明,进、出水流道内的流态平顺均匀,叶轮室进口的流速分布均匀度和水流入泵平均角度分别达到98.7%和88.7°,水头损失小;设计工况时的泵装置效率和临界空化余量分别为80.3%和3.11m,与模型试验结果(设计工况时的泵装置效率和临界空化余量分别为81.1%和3.3m)接近。因此,井头泵站竖井式贯流泵装置的选型设计合理并达到最优,为泵站的安全、稳定和高效运行奠定了基础。

邳州泵站贯流泵装置模型试验研究

竖井式贯流泵结构简单、维修方便,电机和传动机构置于开敞的天井中,通风冷却条件好,近年国内成功用例日益增多。在优化设计的贯流泵模型装置中,对效率和抗汽蚀性能进行了详细试验,表明竖井式贯流泵的效率和汽蚀性能都很好,和灯泡式贯流泵相当,值得进一步推广应用。

差压式流量测试在大型贯流泵装置上的应用研究

大型贯流泵的瞬态流量测试是泵系统状态参数测试中最困难的问题之一。贯流泵的进水流道具有良好的流态,为了实现对大型贯流泵的流量进行监控,利用差压测量理论,并用计算流体动力学(CFD)软件对贯流泵的进水流道进行数值模拟,对差压式流量测试在贯流泵的进水流道进行了探讨,找出了合理的用于布置差压传感器的可行位置点。同时利用对贯流泵的数值模拟和实验室模型实验对差压测量的系数进行了率定,并对模型泵进行了差压流量测试的实验探讨,获得确实可行的测试方法。

扩散导叶对贯流泵装置性能影响

贯流泵装置中扩散导叶的叶片数是影响其装置水力性能的一个因素,故有必要对其进行计算和分析.通过CFD方法对配有不同导叶体的灯泡贯流泵装置内部三维流动进行了全流道数值模拟计算,获得了5种不同方案(4片、5片、7片、8片导叶和改进后的5片导叶)下贯流泵装置水力性能以及导叶段的水力损失,分析了不同导叶叶片数和叶片形状对贯流泵装置外特性的影响.结果表明,导叶体内的水力损失基本上随着导叶叶片数的增加而增大,而泵装置的效率不完全符合这一规律;采用5叶片导叶方案的泵装置效率较高,且内流场的压力和流速分布较为均匀;改进后的5叶片导叶体内的水力损失最小,泵装置效率最高,提出了对确定叶轮的最佳导叶叶片数的匹配.

涉及临界工况点的贯流泵装置外特性与压力脉动试验

为了揭示贯流泵装置正转全特性分区中各种临界工况点的外特性和压力脉动特性,以某比转数1179的灯泡贯流泵装置为研究对象,对该泵装置进行了涉及临界工况点的外特性及压力脉动试验。试验采集了共64个流量工况点的外特性参数和压力波动,着重分析了灯泡贯流泵装置正转全特性分区中各种临界工况点的外特性和压力脉动特性。试验结果表明,关死点为逆流制动工况与常规泵工况的分界点,泵装置靠近关死点处的扬程为6.41 m,为设计点扬程的3.27倍,轴功率为15.39 kW,为设计点功率的2.67倍。叶轮进口的无量纲压力脉动峰峰值为1.26,叶轮中部为0.99,叶轮出口为0.84,导叶出口为0.23,分别为设计点的2.3、2.8、4.9、23倍。零扬程点为常规泵工况与正流制动工况的分界点,近零扬程点处的流量为设计点流量的1.42倍,轴功率为2.41 kW,为设计点功率的0.42倍。叶轮进口的无量纲压力脉动峰峰值为0.21,叶轮中部为0.21,叶轮出口为0.15,导叶出口为0.01,分别为设计点的0.38、0.6、0.88、1倍。零扭矩点为正流制动工况与水轮机工况的分界点,近零扭矩点处的流量为设计点流量的1.63倍,扬程为-1.36 m,为设计点扬程的-0.69倍。叶轮进口的压力脉动峰峰值为0.37,叶轮中部为0.31,叶轮出口为0.20,导叶出口为0.04,分别为设计点的0.67、0.89、1.18、4倍。