中隔墩长度对斜式轴伸泵装置出水流道水力特性的影响

为研究大型低扬程泵站斜式出水流道水力特性,采用数值模拟方法对某斜20°轴伸泵装置三维湍流流场进行了数值计算,发现斜式出水流道内存在严重的偏流问题,基于4种计算方案的数值模拟结果分析了偏流的成因,在研究了中隔墩长度对斜式出水流道流态和水头损失影响的基础上提出了解决偏流的措施,并得到模型试验的验证。研究结果表明:顺水流方向看,中隔墩长度为14 m时的斜式出水流道内的主流明显偏于左侧,在流道右侧下部存在较大范围的旋涡区;导叶体出口具有较大周向速度分量的水流呈螺旋状进入"S"形弯曲的斜式出水流道,两者相互作用导致斜式出水流道产生偏流;随着中隔墩长度的增加,斜式出水流道左右孔的偏流系数逐渐减小、流道水头损失呈先减小再增大趋势,当中隔墩加长至23.35m时出水流道左右两侧的出流流量达到基本相等;采用长中隔墩斜式出水流道的泵装置模型试验最优工况点效率达到80.56%,泵装置模型试验结果与数值模拟结果一致,取得了预期的纠偏效果,得到有关工程设计院的认可,并应用于工程实际。

平面“S”形卧式轴伸泵在特低扬程条件下的应用

通过对苏州城市防洪工程中东风新、大龙港等平面"S"形卧式轴伸泵的运行工况分析,并与青龙桥潜水贯流泵等其它泵型的比较研究,肯定了平面"S"形卧式轴伸泵应用在特低扬程地区的显著优势,就相关问题提出了几点启示。

高效平面S形轴伸泵装置优化设计与模型试验

平面S形轴伸泵装置是低扬程泵站的重要装置,现有的平面S形轴伸泵装置效率较低,难以推广应用。对传统的S形弯管和流道进行优化设计,提出平面S形轴伸泵装置方案,通过CFD数值模拟计算,获得了全流道内部流场,显示了优良的流动特性,进水流道出口轴向流速均匀度达到99.2%以上。泵装置在高精度水力机械试验台进行试验,其性能在水泵叶片角2°下流量Q=244.21 L/s,扬程H=2.003 m,最高装置效率为78.35%。在叶片角-2°下,流量Q=232 L/s,扬程H=1.05 m,效率为68%,满足设计运行工况运行要求;叶片角-2°下最高效率点出现在Q=213.79 L/s、扬程H=1.74 m,效率为77.1%。泵装置最高运行扬程大于3 m,满足泵站最高扬程运行要求。模型泵装置试验的结果,验证了数值计算结果,二者在高效区一致。在叶片角度-4°、-2°、0°和2°,扬程1.7~2.0 m时,模型试验最高泵装置效率为77.1%~78.35%,达到实际工程应用的较高要求。高效平面S形轴伸泵装置在黄金坝闸站实际工程应用表明,泵机组运行平稳,性能良好。

平面S形轴伸泵在苏州市城市防洪工程中的应用

在此介绍江苏省苏州市城市中心区防洪工程的概况,根据该工程的特点对常用的泵型进行比较,着重分析了潜水贯流泵、斜轴泵和平面S形轴伸泵三种泵型的装置特性、运行管理特点。并从数模计算和装置模型试验来分析、验证平面S形轴伸泵在该工程中应用的可行性。

平面S型轴伸贯流泵装置泵内流动特性研究

【目的】探究低扬程泵站平面S型泵装置内压力脉动特性和流动稳定性。【方法】采用软件CFX开展三维全流道数值模拟,湍流模型选择为RNG k-ε。采用快速傅里叶变换对压力信号进行处理,在Ansys后处理系统中对流场数据进行可视化处理。分析了小流量工况0.8 Qd、设计工况Qd和大流量工况1.2 Qd等3个典型工况下泵装置内的流动特性、压力脉动特性和涡量分布特性。【结果】进水流道内水流流态稳定,流量工况主要影响出水流道内的流动稳定;叶轮内压力脉动激励源为叶轮的旋转作用,在叶轮进口脉动频率成分复杂,主频为叶频;而叶轮出口脉动幅值较小,存在明显的低频脉动;进水流道内水流涡量接近0,叶轮室、导叶室和出水流道内的涡量差别很大,受到叶轮的旋转扰动叶轮室内和导叶室内流场涡量最大。小流量工况下泵段和出水流道内的涡量差异最大,随着流量的增大涡量减小。【结论】涡量分布规律与泵装置内流态变化一致,这从能量的角度解释了不同流量工况下流动稳定差异的原因。研究结果对充分了解平面S型泵装置内流动特性和流动稳定机理提供理论指导,对工程运行提供借鉴意义。

平面S型轴伸贯流泵装置泵内流动特性研究

为分析平面S型轴伸贯流泵装置泵内流动特性,采用软件CFX对平面S型泵装置开展三维全流道数值模拟,并采用能量梯度理论分析不同工况下泵装置内的流动特性。结果表明,不同流量工况下平面S型轴伸贯流泵装置进水流道内的水流均非常平顺,整体差异较小。出水流道内的水流流态差别较大,流量越小出水流道内流态越差。小流量工况下平面S型轴伸贯流泵装置内相同位置的压力脉动最大。小流量工况下出水流道内能量梯度差异最大,说明此工况下出水流道内会产生较大的能量损失。平面S型轴伸贯流泵装置出水流道设计时应尽量增加出水流道的平顺段长度,保证能量梯度分布均匀。研究结果为深入了解平面S型轴伸泵装置和优化设计提供了理论指导。

S型弯管对双向轴伸泵性能及稳定性的影响

为了探究双向轴伸泵S型弯管对水泵装置性能及稳定性的影响,为双向泵的优化提供新的思路,本文通过稳态、非稳态的CFD计算及模型试验验证,将双向泵S型弯管按中心线圆弧半径比值b的不同分为四个方案,系统的分析比较了b值对水泵装置正反向工况的效率及压力脉动等因素的影响,最后得出当b值为0.75时水泵装置性能及稳定性较好。通过单向流固耦合的方法分析了S型弯管对叶片的影响,发现弯管小半径侧水流流量偏大,因此靠近该侧的部分叶片推动该部分水流时产生的应力也偏大,对叶轮稳定性造成影响,而当b值在0.75～1范围内时,叶片所受应力及变形较小。优选的方案与原方案相比在正反向工况下的效率及稳定性均有提升。

S形轴伸贯流泵装置效率改进方案

S形轴伸贯流泵广泛应用于沿江滨湖地区的防洪、除涝、灌溉、调水和供水、水生态环境改善等重要工程领域,但其装置的关键技术研究较涉后,运行效率较低。文中分析了目前S形轴伸贯流泵运行效率较低的主要原因,并从泵的装置结构、流道结构和叶片角度调节等3个方面提出最新改进方案,显著提高泵装置效率,同时对不同结构的适用场景提出建议,应用前景广泛。

双向轴伸泵装置反向运行流动及振动特性研究

为分析双向轴伸泵装置反向运行时的流动特性,对泵装置进行数值模拟计算,结果表明:泵装置反向运行时,前置导叶引起的正向预旋使叶轮进口处的轴向流速分布均匀性降低,当流量小于0.8Q0时,轴向流速分布均匀性呈现出近乎指数的下降趋势;叶轮出口环量越大,出水流道性能的提高越明显,但是当流量大于1.1Q0时,环量对流道性能的影响消失。通过模型试验验证外特性,然后对试验装置不同叶片安放角、不同工况下的振动结果进行分析,得到其振动特性,结果表明:泵装置反向运行时,振动加速度峰峰值随着流量的减小先减小后增大,在小流量工况0.8Q0时最大;振动主频集中在1倍、3倍、4倍和14倍转频的位置,且主频位置随工况的改变而改变.研究结果为泵站工程的安全稳定运行提供参考。

轴伸贯流泵站全过流系统启动三维过渡过程研究

为了分析轴伸贯流泵站全过流系统在含有附加拍门的出水流道闸门开启下机组外特性参数的变化规律和过流系统内部流场的演变过程,利用力矩平衡方程推导叶轮实时转速,基于铺层网格及动网格技术研究了含有附加拍门出水流道闸门的运动规律,对轴伸贯流泵全过流系统启动三维过渡过程进行了数值模拟。结果表明:计算结果与试验结果一致;在机组启动过程中,泵段扬程先增大,然后减小至额定扬程,2.25 s时出现最大启动扬程6.38 m;拍门前后压差最大值为2.61 m,设有附加拍门的出水流道闸门可以有效降低启动过程中的最大启动扬程,提高水泵机组的安全系数。水泵的启动转速和流量变化对叶轮段压力分布梯度影响明显,当转速上升到最大值时,叶片承受最大水压力。在启动过程中闸门上的附加拍门起到了分流作用,避免因叶轮转速上升较快、闸门未充分开启而使出水流道水压力过大带来的系统不稳定性问题。

导叶位置对S型轴伸贯流泵装置水力性能的影响

为了研究不同导叶位置对S型轴伸式贯流泵装置水力性能的影响,设计了4种不同导叶相对位置的方案,并分别针对小流量(Q=0.8Q0)、设计流量(Q=1.0Q0)、大流量(Q=1.2Q0)3种工况下的S型轴伸贯流泵装置进行了数值模拟计算。对比数值模拟结果与试验结果,并分析计算结果的外特性与内特性,通过模型试验验证了数值模拟计算结果的准确性。结果表明,泵装置效率和扬程随导叶相对位置逐渐增大呈现先上升后下降的趋势,导叶与叶轮之间的相对距离存在最优值A=10 mm,在此位置时,泵装置效率和扬程相对最高,导叶体水力损失与出水流道水力损失相对最小,导叶体对于动能的回收能力强。小流量与设计流量工况下,出水流道进口平均涡角的大小随导叶相对位置先减小后增加,对应出水流道水力损失先下降后上升的趋势。大流量工况下,平均涡角不随导叶相对位置变化而变化。

轴伸贯流泵叶轮叶片应力改善有限元分析

为计算分析轴伸贯流泵叶轮叶片根部加厚后的应力分布情况,采用计算流体力学软件CFX,基于雷诺时均N-S方程和SST k-ω湍流模型对某轴深贯流泵装置全流道三维定常不可压湍流流场设计工况进行了数值模拟。借助ansys workbench平台,将稳态流场数值模拟所得叶片表面静压力作为叶片有限元计算的载荷边界条件,得到四种根部不同加厚厚度的叶片在设计工况下的等效应力与总变形分布。研究结果表明:通过出对叶片根部应力集中区域的加厚,可以缓解此处应力集中并减小最大等效应力,从而抑制和预防叶片根部裂纹的产生。而叶片根部的加厚对叶轮叶片总变形并无太大影响,同时提出了一种叶轮叶片根部连接叶片轴处的加厚方法。研究结果为同类型水泵叶轮结构设优化计和安全稳定性研究提供参考。

轴伸贯流泵多工况下的压力脉动特性

为了研究轴伸贯流泵在不同流量工况下的压力脉动特性,应用计算流体动力学软件对泵内流场进行数值计算,揭示不同流量工况下泵内压力脉动的变化规律,并利用真机进行压力脉动测试以验证数值计算方法的可靠性.结果表明:机组各监测面的压力脉动都具有一定的周期性,转轮处波峰和波谷与转轮叶片数相关,压力脉动主频为叶频;前导叶进口截面压力脉动主频为转频;在小流量工况下,流动较为紊乱,压力脉动抖动明显;转轮出口截面由于受动静干涉影响,流动紊乱,尤其在小流量工况下,压力脉动峰值最高为设计工况的12倍;在导叶进口以及导叶出口处监测点的压力脉动频域中出现了撞击和回流诱导的低频信号,低频段频谱复杂,出现明显的抖动.

轴伸贯流泵压力脉动特性及其改善方法

为研究轴伸贯流泵压力脉动特性及其改善方法,应用计算流体动力学数值方法,采用在出水流道内增设导流板的方式进行贯流泵优化设计,并结合真机试验验证了数值计算方法的正确性.研究结果表明:在小流量工况下,原模型与优化模型泵的压力脉动时域特性和频域特性较额定工况下要差,但不同流量工况下叶轮进口处压力脉动特性均受到旋转叶轮显著影响;小流量工况下压力脉动变化强烈,原模型在叶轮出口及后导出口处的压力脉动低频成分明显,增设导流板可有效降低这2处的压力脉动变化幅值及其低频成分;在额定工况下,贯流泵压力脉动周期性规律显著,导流板则能有效降低前导进口及叶轮进口处的压力脉动变化幅值及其低频成分;在不同流量工况下,出水流道内导流板消涡效果均十分显著.

轴伸贯流泵全过流系统断电飞逸过渡过程研究

为深入分析轴伸贯流泵装置断电飞逸过渡过程中水力瞬变特性,通过建立贯流泵全过流系统三维模型,考虑压力沿水深变化进出口边界和重力项影响,对机组全流道进行三维数值模拟,分析不同时刻流量、转速及不同测点静压值变化规律,并与真机试验进行对比。计算结果表明:机组平稳运行4 s后开始断电飞逸,共用时36.98 s达到最大飞逸转速,最大飞逸转速为30.97 rad/s,与试验测量值吻合。断电飞逸过程中,转速下降滞后于流量下降。所得各截面上同一半径不同深度测点静压随时间变化都出现向上增长、波动再下降至平稳的过程。机组飞逸后,尾水流道存在明显偏心区。

导叶相对距离对S形轴伸式贯流泵压力脉动特性的影响

为了分析不同导叶相对距离对S形轴伸式贯流泵装置压力脉动特性的影响,采用ANSYS CFX软件对4种不同导叶相对距离的泵装置进行了三维定常与非定常计算,并通过模型试验验证数值模拟计算的可靠性。结果表明:泵装置扬程与效率随导叶相对距离的增大先增加后减小,导叶相对距离对扬程的影响趋势更明显;导叶相对距离对监测点主频频率没有影响而对幅值影响较大;当导叶相对距离增大时,在导叶进口处,主频幅值逐渐减小,断面高压力脉动强度面积逐渐减小,近轮缘侧压力脉动强度变化比近轮毂侧更明显;在导叶出口处,各频幅值先减小后增大,断面高压力脉动强度面积先减小后增大;导叶相对距离为16 mm时,泵装置综合性能最优。

平面S型轴伸贯流泵装置分析

本文对国内某平面S型轴伸贯流泵站装置进行了优化分析,装置不限于进水流道、水泵、出水流道,还包括进水池和出水池,运用CFD数值分析进行优化,确定最优方案,保证装置效率高、运行可靠稳定。

3种泵轴倾角斜式进水流道水力性能的比较

采用三维湍流流动数值计算的方法,对泵轴倾角为15°、30°和45°的3种斜式进水流道的水力性能分别进行了较为深入的研究,并对3种泵轴倾角的斜式进水流道分别进行了流道模型试验研究。结果表明:3种泵轴倾角斜式进水流道内的流态平顺均匀、水力损失小、水力性能优异,可为水泵叶轮室进口提供近乎理想的流态;斜式进水流道出口的目标函数值随着泵轴倾角的减小而增大、流道的水力损失随着泵轴倾角的减小而变小,但3种泵轴倾角斜式进水流道的水力性能相差很小。