小型泵站进水池改造为肘形进水流道水力性能研究

为了解决淮安市徐溜电灌站水泵进水流态差导致机组振动和水泵装置运行效率低下等问题,基于该电灌站的设计参数,采用三维湍流流动数值模拟方法对进水池及其改造为肘形进水流道的水力性能进行了研究,对两种进水型式时的泵装置能量性能进行预测计算,并对改造前后的流道及泵装置的流态和性能进行比较分析。研究结果表明:该站进水池具备改造为肘形进水流道的条件;原进水池方案的流道水头损失大、池内流态紊乱,改造后的肘形进水流道水头损失显著减小、流场平顺无旋涡,水力性能大幅度提升;改造后的泵装置水力性能较改造前明显提升,设计流量下泵装置效率提升5%以上。改造后现场水泵机组整体运行稳定,表明将开敞式进水池改造为肘形进水流道是成功的,可为同类型的小型泵站的建设和改造提供参考。

出口段长度及弯肘段半径对肘形进水流道水力特性的影响

为了解出口段长度和弯肘段内、外半径对肘形进水流道水力特性的影响,基于雷诺时均方程和标准κ-ε湍流模型,采用通用CFD软件Fluent,应用SIMPLEC算法对肘形进水流道的三维内部流动进行了数值模拟,并引入优化进水流道目标函数作为评价标准,探讨了在保持肘形进水流道主要控制参数(流道长度L、宽度B、叶轮名义高度H/D等)不变的情况下,不同出口段长度和弯肘段内、外半径对肘形进水流道水力特性的影响。结果表明,在一定范围内随着肘形进水流道出口段长度的增加和弯肘段内、外半径的减小,出口断面轴向流速分布均匀度减小;流道对水流流动方向的调整作用增强,出口水流偏流角减小;流道水流流态变化加剧,水头损失增大。在开挖深度不变的情况下,可通过调整出口段长度和弯肘段内、外半径改善肘形进水流道水力特性。

H/D值对肘形进水流道水力特性影响的数值模拟

水泵叶轮中心线到进水流道底板的距离H与水泵叶轮直径D之比值(H/D),是进水流道的一个重要的设计参数,直接影响到泵站工程土建投资和水泵装置性能。本文采用有限体积法和非结构化网格,数值模拟了大型泵站肘形进水流道内部流场,并以水泵进口水流条件为目标函数,分析了不同H/D值对其水力特性的影响。计算结果表明,H/D值对肘形进水流道出口水流轴向流速分布均匀度影响较小,但随着H/D值的减小,流道的水力损失迅速增加,出口水流偏流角迅速增大,对水泵的进水条件产生不利影响,是制约H/D值进一步减小的重要因素。

新型肘形进水流道水力特性预测

提出一种新型肘形进水流道,具有型线简单,容易设计和施工方便等优点。采用定常雷诺平均N S方程和标准kε紊流模型,数值模拟了该新型肘形进水流道的三维紊流。在详细分析内部流态的基础上,从流道出口断面轴向流速分布均匀度、出口水流偏流角和流道阻力系数3个方面对其水力特性进行了全面的预测,并与按常规设计的肘形进水流道的水力特性进行了比较。计算结果表明,新型肘形进水流道具有优良的水力特性,出口水流的轴向流速分布均匀度高,偏流角小,可为水泵提供良好的进水条件。

肘形流道进口断面敏感性分析

肘形流道进口断面的几何参数对泵站的工程投资及水力学性能影响较大,利用三维数学模型对进口断面的高度、宽度进行敏感性分析。结果表明:进口断面的高度、宽度对于流速均匀度及流速加权平均角度为次要敏感参数,但对于水头损失为主要敏感参数,且为单调递减关系;随着进口断面面积的增大,增加单位面积所减小的水头损失量呈先增加后减小趋势,即存在最优经济解。

装配式钢模板在泵站肘形进水流道中的应用

本文介绍了江苏省淮安市清浦区杨庙泵站工程进水流道施工中,肘形部位钢模板制作安装的技术要点,并对钢模板进行强度验算。着重分析了施工中如何对要点与重点进行有效控制,从而保证进水流道混凝土的质量。结果表明,采用装配式钢模板的肘形进水流道混凝土表面平整度、线型等施工质量均满足要求,为类似工程提供了有益的借鉴和参考。

轴流泵装置运行工况对肘形进水流道水力性能的影响

为研究肘形进水流道的水力性能与泵装置运行工况的定量关系,采用CFD(Computational fluid dynamic)方法对轴流泵装置进行全流道的数值计算,在考虑了轴流泵与肘形进水流道内流相干条件下定量地分析了肘形进水流道水力特性各参数与泵装置运行工况的关系,并给出了相应的数学模型,对比了物理模型试验与数值预测结果的差异性。结果表明:在高效工况范围内,流道出口流场水流稳定性及均匀性均较好;在大流量工况时,流道出口流场水流稳定性及均匀性较差。流道出口流场的偏流角受泵装置运行工况的影响较小,极差为0.91°。肘形进水流道均化效率为99.215%,流道断面的均匀性主要受弯肘段几何边界条件的约束,在弯肘段时压能与动能的转换率较高,对于肘形进水流道结构尺寸设计及优化的关键在于弯肘段。

湍流模型在肘形进水流道三维流场数值模拟中的适用性研究

为找到可准确模拟低扬程泵站肘形进水流道水流流动的湍流模型,在对肘形进水流道进行网格无关性分析的基础上,选用S-A、Standardκ-ε、RNGκ-ε、Realizableκ-ε、Standardκ-ω、SSTκ-ω和RSM等7种常用湍流模型分别对肘形进水流道三维湍流流动进行数值模拟,并从流道水头损失和流态两个方面与流道模型试验结果进行比较。结果表明,不同湍流模型满足网格无关性所需的网格数量不同,RNGκ-ε、Realizableκ-ε和S-A湍流模型数值模拟的水力损失与模型试验结果的相对误差分别为1.01%、7.07%、9.09%,RNGκ-ε与Realizableκ-ε湍流模型计算得到的流场几乎完全相同,建议在对肘形进水流道三维湍流流动进行数值模拟时优先考虑采用RNGκ-ε湍流模型。研究成果可为进水流道三维湍流流动数值模拟的模型选择提供依据。

大中型泵站肘形进水流道标准化可行性探讨

肘形进水流道在大中型立式泵站的应用最为广泛,但在工程实践中对肘形进水流道的水力设计还存在一些问题。通过对采用立式泵装置的南水北调东线一期工程14座新建大型泵站肘形进水流道的控制尺寸进行分析,得到了肘形进水流道控制尺寸取值范围的基本规律,提出以大型泵装置优化水力设计理论为基础,采用CFD方法对肘形进水流道进行标准化设计,同时辅之以模型试验的方法进行验证。最后,根据肘形进水流道的优化水力设计实例,对肘形进水流道标准化的要求提出了初步设想。

南水北调东线睢宁二站结构设计

睢宁二站是南水北调东线第五级泵站，是以调水为主，兼有农业灌溉、航运、排涝和防洪等综合性能的大型泵站，是南水北调东线建筑物中地震烈度最高、扬程最高、基坑最深、单块底板面积较大的泵站。该泵站结构采用肘型进水流道、虹吸式出水流道的块基型结构，采用真空破坏阀断流。现着重从泵站结构布置、侧向抗滑稳定措施、结构计算方法、裂缝控制、基坑支护等方面进行结构计算、设计。该泵站计算方法对类似工程具有一定的参考价值。

QC小组在石港泵站肘形进水流道施工中的应用

流道是泵站工程的核心部位,也是施工中结构型式最复杂、技术难度最大的施工环节。在石港泵站工程建设中,施工单位针对肘形进水流道的结构型式,成立由项目经理部管理人员、施工班组长以及一线施工骨干组成的QC小组,设定工作目标,分析影响目标的主要、次要因素,提出解决主要因素的措施,有效加快了工程进度、节约了施工成本,也为类似工程施工提供了参考。

进水均匀性对大型轴流泵装置空化特性的影响

针对肘形进水流道对大型轴流泵装置空化特性的影响,从进口速度三角形理论出发,推导泵汽蚀余量与进口速度均匀性之间的关系.采用CFD技术对大型轴流泵外特性曲线进行模拟,与试验结果进行比较,结果表明:在设计工况下,扬程误差为3.58%,效率误差为3.31%.并对泵装置性能和空化特性进行预测,受肘形进水流态的影响泵装置进口速度均匀度变差,致使其扬程下降了7.83%,汽蚀余量增大了12.04%;通过比较进口速度均匀性,发现在叶轮进口截面处进口来流并没有垂直均匀地进入叶轮内部,而是与轴向流线成一定角度,且泵装置空化时来流速度加权平均角θ最大;将θ带入推导公式,发现泵装置的汽蚀余量误差能得到减小,且小于5%,达到工程应用要求.

基于小波包的轴流泵装置进水流道出流脉动特性分析

为研究轴流泵装置进水流道出流压力脉动信号的能量及频谱特征,采用在进水流道出口设置脉动传感器的方法,对采集的脉动信号进行小波分解重构以提取脉动特征信息.结果表明:小流量工况时各测点压力幅值均方根最大,不同工况时各测点在分解重构的子频带(0~31.25Hz)内压力幅值均方根最大.各测点在分解重构的子频带(0~31.25Hz)内所具有的能量随流量的增加而增大,进水流道出口脉动能量主要集中于1倍转频所在的子频带.当偏离最优工况时,流道出口的脉动总能量将变大.各工况时进水流道出口脉动主频均为转频和叶片数的乘积,次主频存在差异.各子频带中脉动主频幅值均随流量的减小呈先减小后增大的趋势.