特大流量潜水贯流泵叶轮水力设计优化研究

针对Q=100 m³/s的特大流量潜水贯流泵装置,对叶轮叶片及导叶进行水力设计,基于正交试验方法进行优化,对最优泵装置方案进行CFD计算,探究机组外特性,并对导叶出口边齐平与不齐平的两种导叶安放型式机组水力性能参数进行了对比分析。研究结果表明:叶轮轮毂比为0.4,叶片数为4,导叶数为6时,泵装置的效率最高,泵装置的最高效率为80.52%;1.0Qd工况下泵装置扬程为2.73 m,效率为74.68%;0.87Qd工况下泵装置扬程为4.50 m,效率为80.14%;1.12Qd工况下泵装置扬程为0.45 m,效率为23.77%;从扬程、效率、导叶段水力损失等参数,得出不齐平的导叶出水边安放型式机组水力性能更优。针对叶轮和导叶的造型方法及正交试验与CFD计算组合的优化方法均提高了水力优化工作效率,适于推广应用,研究成果对低扬程特大流量水泵开展的计算分析工作也为潜水贯流泵大型化发展提供了一定的水力性能参考。

柱塞泵进油口尺寸对润滑脂流量的影响分析

为使在柱塞泵设计过程中进口段尺寸选取的有理论依据,计算润滑脂在管道不同尺寸条件下的流量和沿程阻力。根据流变学及流体力学理论,对润滑脂在管道内的流动状态进行分析,推导出润滑脂在进口段的流量方程,确定润滑脂管道流动的层流临界条件。研究结果表明:对于研究的柱塞泵,在进口段长度0~15 mm范围内流量呈现出骤降的趋势,长度大于15 mm后流量变化较为平稳;在进口段半径0~30 mm范围内流量呈现出平缓增大的趋势,半径大于30 mm后流量急剧上升。有限元仿真结果与数值分析结果一致,且有相似的变化规律,证明了管道流量方程的准确性。因此,推导的润滑脂管道流动方程适用于润滑泵的工程设计。

泗洪泵站灯泡式贯流泵机组变频运行同步切换研究

泗洪泵站是南水北调东线工程的重要节点枢纽工程,也是促进区域协调发展的基础性水利工程,泵站的稳定运行影响着水利工程的安全。在泵站机组变频调速控制系统中,变频器经常需要操作从变频切换至工频状态,结合泗洪泵站运行实践,通过研究设计和应用机组变频运行同步切换,可延长高压变频器及电抗器的寿命,同时提高泵站效率,降低能源单耗。

双向潜水贯流泵装置内流及水力性能分析

为明晰双向运行时潜水贯流泵装置的内流特征及水力性能,采用数值模拟技术对双向潜水贯流泵装置进行全流道计算,通过模型试验验证数值计算的有效性。结果表明:在叶轮的叶片安放角0°、双侧可调导叶的叶片调节角0°且灯泡体位于内河侧时,泵装置在排涝工况时最高效率为59.29%,引水工况时泵装置最高效率为58.41%;双向运行各流量工况时,叶轮进水侧的过流结构内部流线均平顺流态较好,叶轮出流侧的过流结构内部流态相对紊乱;在双向运行时,直管式流道的出口面轴向速度分布均匀度均大于92%,速度加权平均角均大于89°,直管式进水流道为叶轮提供良好的入流速度分布;在高效工况时,泵装置出水流道进口的偏流角均低于导叶体出口;叶轮所受的轴向力均随着流量的增大而减小。研究成果为双向潜水贯流泵装置的结构优化提供了一定的参考价值。

扬州闸泵站潜水贯流泵装置性能试验与流场分析

为明晰扬州闸泵站潜水贯流泵装置的水力性能,采用数值模拟结合物理模型试验的方法分析该潜水贯流泵装置内流及水力性能,通过综合特性指标C.P.I对比分析了前后置灯泡体对泵装置能量性能的影响,优选了灯泡体后置的潜水贯流泵装置方案,灯泡体后置的潜水贯流泵装置最高效率达78.86%,此时流量为314.86 L/s,扬程为3.594 m,叶片安放角为+2°。在叶片安放角为-4°时,原型泵的飞逸转速达295.19 r/min,该飞逸转速为原型泵额定转速的1.75倍。各流量工况时直管式进水流道流线平顺,小流量工况时导叶体局部区域出现了回流且直管式出水流道内部螺旋状水流明显。随着流量的增大,灯泡体和出水流道的水力损失占比呈先减小后增大的趋势,灯泡体和出水流道占泵装置整个流道的水力损失比例最大。研究结果可为工程实践提供参考。

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。

鹤山市沙坪联围泵站更新改造工程金属结构设计

广东省鹤山市沙坪联围泵站更新改造工程主要是对沙坪联围内的沙坪排涝站进行扩建和对坦尾泵站进行拆除及重建。扩建沙坪排涝站采用了新型的竖井贯流泵机组,而重建坦尾泵站须兼顾排涝及引水功能。该文对沙坪联围泵站更新改造工程金属结构设计进行阐述,可为类似工程提供借鉴。

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。

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。

灯泡贯流泵装置内部流动及水力特性

为了深入研究灯泡贯流泵装置内部流动与水力特性之间的联系,采用数值计算、性能试验与PIV流场测试方法,获得了灯泡贯流泵装置在大流量、小流量和最优工况下的流动和水力特性.采用RNG紊流模型和SIMPLEC算法,基于多旋转坐标系模型,计算了灯泡贯流泵内部定常流动.分析了泵装置内部流动,指出小流量工况下泵叶轮的进口有较大范围的旋涡区,出水灯泡体内流态较为紊乱;而在最优工况及大流量工况下,泵装置内未见明显回流区.研究表明,灯泡贯流泵进水流道水力损失符合传统管道内局部水力损失规律,而出水流道的水力损失表现为与泵装置运行工况相关的规律,最优工况点附近损失最小,小流量和大流量工况点水力损失均较大.计算结果与二维PIV流动测试结果均表明在小流量下进口近泵壳侧有明显的回流区,而在叶轮出口靠近轮毂处有大面积的脱流.因此,灯泡贯流泵装置优化水力设计应当重视小流量工况下叶轮和导叶处的流动特性.

双向贯流泵导叶设置与原动机布置的研究

根据双向贯流泵具有在正、反向工作时效率都不能太低 ,而导叶布置的位置 ,导叶进、出口安放角和叶栅稠密度等因素对泵出流流态产生影响 ,进而影响到泵的效率的提高这样一些特点 ,通过单、双向贯流泵性能试验的对比分析 ,得出了“S”形双向贯流泵设置后导叶能显著提高泵的效率以及原动机布置在进水侧较为有利的结论 .

灯泡贯流泵装置的三维流动数值模拟

为了配合南水北调东线工程淮阴三站灯泡贯流泵装置的优化水力设计研究工作,对该站前、后置灯泡贯流泵装置内部流动的数值计算方法进行了初步研究;参照该站初步设计阶段初步拟定的机组结构形式,建立了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置几何型体数学模型;分别对两种装置内部的流动进行三维湍流数值模拟,得到了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置的内、外水力特性;讨论了两种灯泡贯流泵装置进、出水流态的主要特征。计算结果表明:采用数值计算的方法研究灯泡贯流泵装置内部的三维流动及贯流泵装置的水力性能是可行的;淮阴三站前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置初步设计方案的能量性能尚不能满足南水北调工程的要求,需通过进一步的优化计算,争取实现可能的最高装置效率。

贯流泵扩管内流场的三维LDV测量

贯流泵扩管对贯流泵装置性能的改善有一定作用,采用三维多普勒激光测速仪(LDV)对贯流泵扩管内流场进行流动测量,获得了扩管内各速度分量的分布规律,周向速度从进口到出口逐渐减小,靠近轮毂处和轮缘处周向流速逐渐减小;轴向速度呈"U"形分布,靠近壁面流速很小,中间区域的流速比较大,随着扩管的扩散,轴向速度有减小的趋势;径向速度的分布情况也是中间速度比较大,靠近壁面处流速减小。同时将测量结果与CFD计算结果进行了比较。结果表明:计算值与试验值的流速分布趋势基本一致,两者的周向速度和轴向速度比较接近,但是径向速度由于其本身的流速较小,所以从相对值来说计算值和试验值偏差比较大。

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.

南水北调东线第一期工程江苏段低扬程泵站的机组选型研究

针对南水北调东线工程淮安四站、淮阴三站泵型比选,对低扬程泵站选用立式轴流泵和灯泡贯流泵进行了选型对比研究。提出了在目前条件下,立式轴流泵和灯泡贯流泵的选用范围。

淮阴三站泵站贯流式流道混凝土温度和应力仿真分析

根据淮阴三站泵站工程的流道特点、施工过程、现场环境等实际因素,利用三维非稳定温度场和应力场有限元仿真计算程序,对泵站主体混凝土结构施工全过程的温度场和应力场进行动态仿真计算,分析了施工期泵站贯流式流道墩墙混凝土结构裂缝产生的原因,提出相应的防裂措施。

灯泡贯流泵装置的基本流态分析

为了回答灯泡贯流泵装置中的灯泡体究竟应该前置还是应该后置的问题,应用水泵装置三维湍流数值模拟的方法分别研究了南水北调东线工程某泵站前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置两个不同方案的流态,揭示了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置的基本流动属性;数值模拟的结果得到流道模型试验的验证。研究结果表明:前置灯泡贯流泵装置的进、出水流态均匀平顺,水力损失较小;后置灯泡贯流泵装置的进水流态均匀平顺,但出水流道内存在明显的偏流和旋涡流动,水力损失较大;灯泡体前置符合水力学的基本原理,是获得最佳灯泡贯流泵装置水力性能的必要条件之一。

双向竖井贯流式水泵装置内部湍流流动分析

基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、标准k-ε紊流模型和SIMPLE算法,首先对一模型泵内部流场进行了数值计算,计算值和试验值吻合较好,验证了计算方法的可行性。进而模拟了双向竖井贯流式水泵装置内部的三维粘性流场。分析了不同工况下水泵装置内部速度场和压力场的分布,计算了水泵装置各段水力损失,预测了在不同叶片安放角时排水工况和引水工况的水泵装置性能。为深入了解双向竖井贯流水泵装置内部流动特性、提高装置的性能提供确实有效的物理信息。

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.

灯泡式贯流泵内湍流流动数值模拟和性能预测

为深入了解贯流泵的内部流动及其水力性能,基于标准k-ε湍流模型,利用Fluent软件对贯流泵内流场进行了数值模拟,并计算了贯流泵外特性曲线.结果表明:偏离最优工况时,导叶体和出水流道内出现二次流,造成较大的水力损失,装置效率降低;大流量工况时,水流在叶片进口边产生负冲角,叶片工作面进口附近出现最小压力值;小流量工况时,水流在叶片进口边产生正冲角,背面进口边附近存在最小压力值;最优工况时,整个泵的内部流动平顺均匀,叶片工作面和背面进口边的压力值均较大,而在背面进口偏后区域出现低压区.通过进一步计算得到了新设计贯流泵的扬程、功率和效率的性能曲线,将该模型计算结果与原有JGM-3模型试验数据对比可知,该模型的设计较为合理,其数值结果可为优化低扬程灯泡式贯流泵的设计提供重要的参考.