宽式防旋墩环形堰竖井水力特性分析

目前许多拟建抽蓄工程泄洪洞的环形堰竖井入口设置了新型宽式防旋墩,以消除喉口处由不可控漩流引起的呛水等不利流态,而宽式防旋墩环形堰竖井的水气特性与以往采用起旋墩和窄式防旋墩的竖井存在较大差异,业内对其认识尚不清晰。以石台抽水蓄能电站下水库泄洪洞的竖井作为研究对象,采用物理模型试验与数值模拟相结合的手段,分析了流态、流速、压力、消能率等水力指标。研究结果表明:宽式防旋墩引导水流平顺进入竖井形成脱壁流,其尾部可形成顺畅的进气通道,空气经此通道可充分进入竖井以保持井内流态与压力的稳定;新型竖井过流能力满足要求,各部位流速、压力分布正常,总消能率达85%以上;宽式防旋墩可消除不可控漩流导致的呛水现象并引导水流在竖井内形成脱壁流态,使竖井壁面免于空蚀破坏;墩尾通气量足够时,可取消通气管及环形堰与竖井结合部突扩体型,简化工程布置。相关经验可供类似抽蓄电站工程的泄洪洞竖井设计参考。

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。

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。

基于CFD的双向竖井贯流泵装置水力性能数值模拟

以某泵站双向竖井贯流泵装置为例,采用CFD数值模拟方法对模型泵不同的转轮叶片、叶轮位置及导叶位置方案进行了数值模拟,最终确定了改进泵装置模型结构参数,并分析了改进模型的综合特性和流场分布规律。结果表明,反向工况由于出水流道内无导叶进行导流和能量回收,出现了明显的回流、漩涡区,降低了流道效率,其出水流道流态较差,且因前置导叶的存在,恶化了叶轮进口水流条件,同时降低了装置过流能力与叶片做功能力,造成反向工况泵装置效率明显低于正向工况。

大型竖井式贯流泵装置的数值模拟与性能预测

基于三维不可压流体的雷诺时均方程和Spalart-Allmaras方程湍流模型,采用SIMPLEC算法,对大型竖井贯流式泵站的全流道进行数值模拟,分析流道的流态和叶轮的静压分布规律,揭示竖井式贯流泵流道流体的流动机理;对泵装置的流量和效率进行预测,并与模型试验结果比较分析.结果表明:出水流道内的流动为轴向流动与环向旋转的螺旋形合运动;叶片的静压分布呈现较为明显的规律,升力面的静压整体上较吸力面要高,且叶片吸力面的静压等值线分布较升力面密.性能预测结果和模型试验结果吻合较好.

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。

慎江泵站特低扬程大流量竖井贯流泵装置外特性试验研究

【目的】检验特低扬程大流量泵站中竖井贯流泵装置的水力性能,了解泵站的真实运行情况。【方法】采用模型试验的方法,研究了慎江泵站竖井贯流泵装置的外特性,并分析数据提出了改进方案。【结果】泵装置的最高效率出现在叶片角0°工况,可达77.57%,此时泵装置流量为220.5 L/s,扬程为1.95 m。在试验扬程范围内,慎江泵站的装置汽蚀余量充裕,不会产生汽蚀危害。在叶片角为0°时,最大扬程为2.93 m时,飞逸转速相当于额定转速的1.80倍。原方案设计扬程工况下,泵装置的流量偏小,而且在最大扬程工况下的飞逸转速偏大,对泵站安全运行不利。提出提高泵装置额定转速的优化方案,验证得在新转速下泵装置设计扬程对应的能量特性、汽蚀特性以及飞逸转速特性均满足要求。【结论】竖井贯流泵装置水力性能优异,装置效率高,在特低扬程泵站中前景良好,建议优先采用。

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。

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%.

基于CFD方法的竖井贯流泵装置进出水流道优化设计

运用计算流体动力学方法,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,针对通吕运河水利枢纽工程贯流泵装置特征扬程和设计参数对全流道进行数值模拟,在给定的水位资料和土建控制尺寸范围内,对竖井贯流泵装置进、出水流道进行了CFD分析和水力设计优化。通过对三种不同竖井宽度的进水流道内部流态分析、水力损失计算和泵装置效率预测,优选竖井最大宽度确定为5.4 m,该方案设计工况下进水流道水力损失为0.053 m。通过对三种不同出水流道设计方案内部流态分析、对水泵的效率影响和水力损失计算,上翘角对直管出水流道内部流态、水力损失和泵装置效率产生一定的影响,对比分析采用底部上翘角为3.56°的直管式出水流道具有较优的水力性能,且采用该方案时挡土翼墙高度可减少约1 m。竖井贯流泵装置内流CFD分析与进出水流道优化设计可为同类型泵站的设计提供优化参考。

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。

基于有限元大型竖井贯流泵轴系强度及稳定性分析

为研究南水北调东线某大型竖井贯流泵装置设计方案轴系结构的稳定性,借助Ansys Workbench多物理场计算平台,基于CFD数值模拟和FEM有限元计算,对泵装置三维内部流场及轴系结构场进行了联合求解,研究了不同工况下贯流泵装置轴系的静力学特性。结果表明,随着扬程的增加,叶片两侧压差、轴系最大等效应力及最大位移增大,轴系最大应力集中位置由轴承与泵轴连接处变化到叶片与轮毂连接处,总变形沿轮毂到轮缘方向逐渐变大,其中叶轮轴系在设计扬程下最大等效应力为66.411 MPa,最大位移1.667 3 mm;对比泵轴直径、长度、支撑位置等变量参数发现,轴的直径是影响贯流泵装置轴系强度稳定性的主要影响指标,随着最大等效应力和最大位移值随泵轴直径增大1.1倍,分别减小了28.42%、34.86%;泵轴最优直径为0.346 5 m,推力轴承与泵轴连接处疲劳安全系数2.214 9为最小值,满足安全稳定的要求,对推力轴承与泵轴连接处和叶片与轮毂连接处进行加厚处理有利于提升机组稳定性。研究结果可为贯流泵装置水力设计和轴系强度分析提供参考。

锡澄运河整治工程双向竖井贯流泵站流道优化及分析

针对锡澄运河整治工程竖井贯流泵站改造的需求,对双向竖井贯流泵装置原型进行了三维定常数值模拟。以泵站竖井流道为研究对象,分析比较了5种不同的竖井流道优化方案,重点分析了正反向运行时竖井流道的内流场特征。结果表明:前移竖井段,将竖井的迎水面的尖角改成圆弧形,并以各个断面的面积作为控制参数改善流态分布较差的断面面积,有助于水流平稳扩散,提高水力性能。优化后,正向运行时,设计流量工况(H=3.81 m,Q=30 m^3/s)下效率为72.40%,当H=2.61 m,Q=33 m^3/s时,效率达到最大值74.53%;反向运行时,当H=3.9 m,Q=30 m^3时,效率达到最大值60.91%,相比原设计方案提高1.04%。

竖井贯流泵装置压力脉动数值分析

为深入研究竖井贯流泵站机组振动产生的机理,以国内某大型竖井贯流泵站泵装置模型为例,基于ANSYS-CFX商用数值模拟软件,在不同工况下利用N-S方程和标准κ-ε方程模型分别计算全流道三维非定常湍流。结果表明,采样频率影响压力脉动特性预测、泵装置内压力脉动的主频率为叶片通过频率、在各工况下叶轮进口压力脉动从轮毂到轮缘逐渐增大、运行工况偏离设计工况时脉动幅度变大、水泵叶轮进口前的压力脉动沿轴向向前至0.5倍转轮直径处消失。通过对比泵站模型试验结果与数值模拟结果,验证了本文数值模拟结果的有效性。

杏林湾排涝泵站竖井贯流泵装置进出水流道流态的数值分析

运用三维湍流数值模拟方法对杏林湾排涝泵站竖井贯流泵装置进出水流道流态进行数值模拟,分析进水流道的流场均匀度和出水流道的扩散均匀性,提出优化方案。模拟结果表明,优化后的竖井贯流泵装置,在均匀进流的条件下,进水流道内的水流流态较好,竖井两侧流道内的水流流速分布较均匀,未出现明显的漩涡、回流等不良流态,水泵进流均匀、平顺;出水流道通过设置中隔墩的长度,不仅水流流态得到一定改善,而且中隔墩两侧水流流量分配基本均匀,有助于保证泵站良好的出水条件。

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。

竖井贯流泵进水流道的数值模拟研究

基于标准k-ε湍流模型,采用雷诺时均N-S方程和SIMPLE算法,通过针对不同竖井线型参数下竖井贯流泵进水流道进行三维数值模拟,展现了各方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和压力分布以及流道水力损失的状况.通过比较发现:流道过渡平缓时,流道的水力损失性能较好;各方案出口断面上的速度分布呈现为对称分布;由于3种方案的水力损失性能相差不大,考虑到工程的经济性,选择方案1作为最终方案.

红水河流域大型取水泵房的型式选择

红水河干流河槽狭窄、切割较深,河床及岸坡多为基岩出露,滩多水急,设计洪水位与设计枯水位差值悬殊。采用直流供水系统的火力发电厂需要从河流取大量循环冷却水,按发电机组容量和不同时期设计了潜没式圆形、竖井式圆形、露天式矩形三种型式的大型取水泵房。文章对这些取水泵房的设计进行总结和分析,为地表水取水泵房的设计提供帮助和启示。

西河泵站工程出水流道优化设计

进、出水流道是低扬程泵装置的重要组成部分,流道的水力性能对泵站的影响举足轻重,扬程越低,影响越大。本文介绍了西河泵站双向竖井贯流泵装置出水流道CFD水力优化计算过程;并根据水力优化计算结果,结合泵型、泵站运行年利用小时数、泵房布置等因素,经技术经济比较后确定了西河泵站出水流道设计方案。同时,对今后大中型泵站的出水流道设计提出了建议,以期为大中型泵站科研、设计等人员提供参考。

非典型曲面竖井贯流泵进出水流道新型施工技术研发

针对非典型曲面竖井贯流泵进出水流道结构和施工特点,文章研发提出了基于BIM信息技术辅助、独立工序预制加工以及综合保障施工的新型施工工法,详细介绍了施工的流程和施工工艺,以及竖井贯流泵进出水流道模板制作安装施工技术。该工法关键技术是在传统施工技术基础上的科学改进,符合实践现状和技术条件,具有先进性、科学性和适用性。依托项目的流道线型控制精度高、实体质量好、表面光滑,可以推广使用。