15度斜式轴流泵装置水动力特性实验研究

15度斜式轴流泵装置是我国近年在低扬程、大流量泵站引入的一种新型泵装置,由于出水流道前端呈S形弯曲,流道内的二次流导致某些工况下压力脉动和振动较大,这一问题尚有待深入研究。本文针对浙江盐官泵站技术改造所研制的新型15度斜式轴流泵装置进行了水动力学特性的实验研究。研究发现,与泵段相比,斜式轴流泵装置的最优工况点向负叶片角度和小流量区偏移。泵装置在较小叶片角度下的空化特性优于大叶片角度;当装置空化余量低到使泵装置效率下降1%时,叶片背面出现占据近1/3叶道区域的空化区。斜式轴流泵的飞逸转速在较大负叶片角度时可达额定转速的1.73倍。斜式轴流泵压力脉动在导叶出口、出水弯管和出水流道内明显高于常规立式轴流泵;从水泵进口方向看,当叶轮逆时针方向旋转时,斜式轴流泵装置出水流道隔墩左侧流量大于右侧。本文研究成果为大型斜式轴流泵站优化设计和稳定运行提供了新的科学依据。

Numerical analysis of cavitation within slanted axial-flow pump

In this paper, the cavitating flow within a slanted axial-flow pump is numerically researched. The hydraulic and cavitation performance of the slanted axial-flow pump under different operation conditions are estimated. Compared with the experimental hydraulic performance curves, the numerical results show that the filter-based model is better than the standard k-ε model to predict the parameters of hydraulic performancE. In cavitation simulation, compared with the experimental results, the proposed numerical method has good predicting ability. Under different cavitation conditions, the internal cavitating flow fields within slanted axial-flow pump are investigated. Compared with flow visualization results, the major internal flow features can be effectively grasped. In order to explore the origin of the cavitation performance breakdown, the Boundary Vorticity Flux （BVF） is introduced to diagnose the cavitating flow fields. The analysis results indicate that the cavitation performance drop is relevant to the instability of cavitating flow on the blade suction surface.

斜式轴流泵装置进水流道的正交优化设计

为改善小流量工况下大型斜式轴流泵装置的水力性能,利用J-Groove流动控制手段对泵装置进水流道进行结构改进.利用正交试验设计方法,确定J-Groove的厚度、长度、个数以及分布角等4个几何因素,分别选取3个水平,建立9组正交试验方案.结合滤波器湍流模型(FBM)的非定常雷诺方程,利用Ansys CFX软件对斜式轴流泵装置三维模型进行非定常计算,获得正交方案在小流量工况下的扬程和效率.采用极差分析方法对正交试验方案的数值结果进行分析,研究各几何因素对轴流泵水力性能的影响规律.结果表明:影响扬程指标的几何因素主次关系为厚度、长度、个数和分布角;影响效率指标的几何因素主次关系为厚度、个数、分布角和长度.最后,通过再设计分析确定了最优方案,并与原始方案的流场进行对比分析,验证了J-Groove技术在小流量工况下抑制轴流泵叶轮进口非稳定流态并改善其水力性能的作用.

不同叶片安装角的轴流泵内部流动特性分析

结合浙江省某更新改造泵站,在三维湍流Navier-Stokes控制方程的基础上,采用标准k-ε模型和SIMPLEC算法,对不同叶片安装角的轴流泵内部全流道流场进行了数值模拟,分析讨论了不同安装角下的叶片静压分布图、叶片相对速度分布图,对轴流泵的扬程进行了预测,最后给出了该轴流泵合适的叶片安装角。

45°斜式轴流泵装置的流动特性分析与实验

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用CFX软件计算了对某一45°斜式轴流泵装置在额定转速下210 L/s^370 L/s流量范围内多个工况点的内部。分析了进、出水流道的流动特性,重点研究了旋转叶轮对进、出水流道内流场及水力性能的影响,预测了泵装置的水力性能。通过计算得出泵装置的水力性能,并与泵装置模型试验结果比较,表明斜式轴流泵在低扬程泵站中具有较优的性能特性。研究结果对低扬程泵站的水力设计具有重要的参考价值。

斜式轴流泵装置出水流道偏流特性研究

斜式轴流泵是大流量低扬程提水领域的一种典型泵型,但其在某些工况下存在严重偏流问题,是影响斜式轴流泵站安全稳定运行的工程难题和关键科学问题。本文以浙江盐官泵站15°斜式轴流泵装置模型为研究对象,通过模型试验和数值模拟方法对装置内部瞬态流动特性进行研究,分析了不同流量工况下内部流动特征及偏流产生的原因,提出了解决偏流问题的抑制措施。研究结果表明:顺水流方向出水流道隔墩左侧流量高于右侧,最优流量工况下偏流比达2.33,有70%的流量从左侧流道流出;出水流道内的偏流是因水流在剩余环量的影响下发生偏转,通过弯管段时产生的;在出水流道弯管段设置偏流抑制措施可有效改善出水流道内部流态,抑制偏流的发生。本文研究成果已经应用到盐官泵站装置原型上,并得到了很好的应用,从而为解决大型斜式轴流泵站偏流问题,保证泵站安全稳定运行提供了参考。

斜式轴流泵装置内流特性数值分析与验证

【目的】分析斜式轴流泵装置流道内部的流动特性。【方法】基于CFD技术对30°斜式轴流泵装置全流道进行三维数值模拟计算,明晰了不同流量工况时泵装置各过流结构的水力特性。【结果】肘形斜式进水流道出口存在明显的速度梯度,最优流量工况(1.0Qbep)时进水流道出口断面的轴向流速均匀度为93%,速度加权平均角为85.2°;随流量的增大,叶轮叶片高压区逐渐从进水边移向出水边,叶片表面压力呈规律性的梯度分布;导叶体出口断面的速度环量随流量的增大先减小后增大,最优流量工况(1.0Q_(bep))时导叶体出口断面的速度环量最小;平直管式出水流道弯管段的涡结构多为长条状,主要分布在弯管进口处和泵轴附近。【结论】斜式轴流泵内部流态相对均匀,肘形斜式进水流道能为叶轮提供良好的入流流态;斜式轴流泵装置模型与试验外特性基本一致,验证了数值模拟的有效性。

斜式轴流泵装置模型的飞逸特性研究

为研究三堡排涝泵站斜式轴流泵装置模型的飞逸特性,该文对其进行了飞逸特性试验,研究了不同叶片角度下泵装置模型的单位飞逸转速及其变化规律。试验结果表明,随叶片角度的增大,单位飞逸转速呈下降趋势。为深入了解飞逸工况时泵内部流场特征,基于非定常的数值计算方法,采用滤波器湍流模型,利用ANSYS CFX软件对泵装置模型进行数值计算,求得不同叶片角度下的单位飞逸转速,并对其内部流场进行分析。数值结果表明,飞逸工况时的流量值和单位飞逸转速与试验结果均较为接近,从而验证了数值方法的可靠性。通过对飞逸工况时叶轮内部流场进行分析发现,流体从叶轮尾部流向头部,流场较为光顺,没有出现明显的回流和旋涡;叶片表面压力分布情况与文献[6]中叶片表面压力的分布规律相近,并随叶片角度的增大,叶片吸力面侧和压力面侧的低压区域均呈逐渐增大的变化规律。