基于流道进流指标分析的大型泵站进水池优化调度研究

大型泵站多台机组共用进水池,不同机组运行组合时进水池内流态不一,泵站流道进口的水流条件也有所区别,较优的调度方案可避免较差的进流流态从而保证泵站机组运行的稳定性及效率。结合某大型泵站工程,建立进水明渠、箱涵、进水池及进水流道三维数学模型,并以流道进口断面流速均匀度和流速加权平均偏流角为进流指标函数对不同机组组合运行时的进水池内流态及流道进口进流条件进行研究。研究表明:不同开机组合时,泵站进流条件存在一定的区别,并主要体现在流速加权平均偏流角。在开启相同机组台数情况下,机组相邻运行较间隔运行更优,中间机组运行较2侧机组运行更优。根据全组合试验研究提出了不同机组运行数量时的较优组合方案。研究成果可供类似工程参考。     

基于PIV的泵站进水池模型速度场测量及结构优化

通过PIV模型试验对比分析了孟加拉达卡达舍尔甘地(Dasherkandi)泵站设计工况下有无护坡和消涡板各截面的流态,验证了挡水板下方加装护坡和潜水泵下方加装消涡板对流态的改善作用。用PIV试验对3台泵与2台泵运行时各截面的流态进行对比分析,以流速分布均匀度和速度加权平均角度为目标函数,得出2台泵运行时水泵的进水流态得到改善;但3台泵和2台泵运行工况在L形挡水板的下方都形成了小的旋涡,并且在泵吸水口下方流态分布都不对称。     

城市取水泵站进水池进水流态的改善

在介绍城市取水泵站进水建筑物布置特点的基础上,结合上海市长江引水三期工程取水泵站水力模型试验,针对单台泵运行和多台泵组合运行等多种运行条件,对进水池表面流态和典型过流断面流速分布进行了量测;并据此分析了进水池产生主流居中,底坎附近和底坎前区域产生回流区,进水流道前产生由池壁流向中间机组的斜向流,以及在边机组进水流道进口处产生间歇性漩涡等不良流态的原因。提出了取消底坎,在进水池扩散段设置八字形导流墩和边机组进水流道前设置消涡板等改善不良进水流态的措施。试验结果表明:改善措施可以有效地改善进水池进水流态,提高水泵运行工作效率。     

底部形式对一体化泵站水力性能CFD 影响研究

为探究一体化泵站不同底部形式对水力性能的影响,选取2台潜水轴流泵为研究对象,在一定流量条件下,基于CFD软件,分析泵站底部分别采用圆弧、椭圆、斜坡形式时的内部流动特性。由于底部形式的改变,导致泵吸水受影响,其中泵Ⅰ水力效率、进口流速均匀度高于泵Ⅱ 4%左右,泵Ⅰ进口加权平均角高于泵Ⅱ 1%~3%。底部形式为圆弧时,流态分布无明显差异,但两泵效率偏差相对较大。当圆弧半径为2.0 R时,流速均匀度与加权平均角有所增高,流态相对较好;在椭圆弧式底部形式下,流速分布较好,水泵效率较高,推荐选取椭圆弧半径为0.2 R;在斜坡底部形式下,随斜坡角度增加,易引起漩涡,流态发生恶化等,建议选取底部斜坡角度为30°。     

小型泵站吸水井进水管位置数值模拟

为了探究二次供水泵站吸水井内流动不稳定问题,研究了吸水井进水管位置对吸水井及泵吸水管内流动特性影响.采用Ansys-CFX流体仿真软件,对包括吸水井、进水管和泵吸水管在内的水体域进行三维定常数值模拟,对具有相同供水规模但进水管位置布置不同的2个泵站进行计算.分析了水泵进水条件和进水流道水力损失,结合其内部各断面速度分布情况,提出将进水条件差的泵站进水管位置进行更改的方案,并对更改后的水泵进水条件、水力损失以及内部流动情况进行对比分析.结果表明,泵站A吸水井进水管正对泵吸水管,吸水管内存在旋涡和扰流,并且各断面的轴向流速均匀度较小,平均流速偏流角较大,内部流动不稳定,水泵进水条件较差.将该泵站进水管位置分别向相邻2个泵位偏移1.375 m之后,该泵吸水管流道水力损失由6.579 cm分别降为3.301和3.258 cm,各断面处的轴向流速均匀度提高,平均流速偏流角降低,水泵进水条件得到改善.因此,为了改善水泵进水条件的稳定性,在小型泵站设计时应避免吸水井进水管正对泵的吸水管.     

基于标准k-ε紊流模型的泵站进水管路水力特性研究

【目的】针对黄河下游某提水灌溉泵站进水管路布设不合理引起的水泵进口水流流态恶化、水泵叶片断裂、水泵机组振动及超载运行等问题,对泵站进水管路进行技术改造。【方法】运用三维不可压缩流体的N-S方程和标准k-ε模型对改造前后的进水管路的水力特性进行了数值模拟,分析了5种流量下进水管路不同断面的流速分布和流线分布、出口(水泵进口)断面的流速分布均匀度、管路水力损失、管路涡量分布及涡量值。【结果】改造后的进水管路水力损失平均降低78.96%,最大正、负涡量值平均降低83%～84%;进水管路的水流流态和涡量分布趋于均匀,进水管路水流平稳,平均流速为1.57～1.93 m/s,满足规范要求;进水管路出口断面的流速分布均匀度平均提高4.48%,有效地改善了水泵进水条件。【结论】改造后的泵站进水管路水力特性得到改善,每台机组有功功率降低35 kW,节能效果明显,可为类似改造工程提供参考。     

卧式泵站竖井进水流道三面进水水力特性数值模拟

针对某单向卧式引水泵站采用的竖井式进水流道进行优化设计,提出三面进水竖井进水流道,为分析三面进水下竖井进水流道的水力特性,基于雷诺时均N-S方程和k-ε标准湍流模型,采用CFD技术对该卧式泵站的三面进水竖井流道进行数值模拟,通过控制中墩的线型以及中墩宽度b形成不同的三面进水流道,从而分析不同三面进水流道的水力特性,具体分析不同方案进水流道出口断面的轴向速度分布、水平剖面的流线和速度分布以及流道水力损失的状况.研究结果表明:对于不同中墩宽度下的三面进水流道,流线型中墩较矩形中墩其流速分布均匀度和速度加权平均角均较大,采用流线型中墩可以获得较好的流态;对于流线型中墩,随着中墩宽度b的减小,过水断面面积逐渐增大,各方案流速分布均匀度和速度加权平均角逐渐增大,当b=0.075B时,此时流线型中墩泵进口断面上的压力分布较矩形中墩更为均匀.     

基于CFD的泵安装位置对一体化泵站水力特性影响研究

【目的】探究一体化泵站不同水泵安装位置对其内部流动特性以及水力性能的影响。【方法】以2个左右对称安置的潜水轴流泵为研究对象,在流速为198 m^3/h条件下,基于CFD分析泵安装中心距L、2台泵间距S等关键位置参数对一体化泵站流动特性影响。【结果】由于集水池内水流不对称和泵吸水影响,泵I与泵II的水力效率、泵进口流速均匀度有一定差异,其中泵I水力效率较泵II高4%左右,泵I进口流速均匀度较泵II高1%~4%。一体化泵站2台泵中心距的改变对水泵水力效率影响较小,而对泵吸水均匀性影响较大。一体化泵站2台泵间距的改变对水泵的水力效率影响较大,而当泵间距达到一定值后对泵吸入均匀影响较小,但集水池内流态随之更加恶化。【结论】在该一体化泵站背景下,建议安装2台泵的一体化泵站中心距L推荐值0.4 R,泵间距S推荐值0.6 R。     

钟型进水流道轴流泵装置数值优化与试验分析

基于RNG k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用流体计算CFD软件对钟型进水流道的轴流泵装置进行三维流动数值模拟以及水力性能的优化设计。通过先局部后整体的方法先单独对钟型进水流道进行优化,然后在整体泵装置内对弯管式出水流道进行优化,对进、出水流道进行三维参数化建模,进水流道以出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,出水流道以泵装置效率为目标函数,针对设计流量工况点,分别对进水流道和出水流道各控制参数方案进行数值模拟计算,分析不同控制尺寸对进、出水流道水力性能的影响。最后通过模型试验对优化方案数值计算结果进行可靠性验证。数值模拟和模型试验结果表明,优化后钟型进水流道的水力损失由0.348 m降低到0.148 m,钟型进水流道出口流速均匀度由54.59%提高到93.35%;弯管式出水流道的水力损失由0.464 m降低到0.415 m,通过优化流态得到了改善。模型泵装置试验在叶片安放角0°时,设计工况下泵装置效率达到74%,泵装置最高效率为76.47%,高效区运行范围较宽;进出水流道无漩涡产生,流态均匀,数值模拟和模型试验外特性曲线误差在5%以内,进水流道水力损失曲线趋势相同。运用数值模拟优化计算钟型进水流道的轴流泵装置,缩短了试验周期,节约了成本,可为同类泵站的设计和安全运行提供参考。     

可逆式水泵水轮机泵工况的驼峰特性

为了研究可逆式水泵水轮机泵工况的驼峰特性,通过非定常分离涡模拟（DES）的方法,计算不同流量工况下机组的内部流场特征.根据机组对应工况下的模型试验,对机组流道中的流态特征进行对比分析,特别对扩散流道损失以及转轮与导叶之间的动/静干涉现象进行研究,探讨驼峰特性产生的具体原因.结果表明：机组在小流量工况下运行时,转轮出口流动呈现明显非对称性;紊乱的流动特征引发转轮内部与扩散段中产生涡结构与二次流结构;由于不良流态的出现,过流部件水力损失显著上升,并引发扬程的下降,导致机组形成扬程-流量曲线的驼峰区域.因此,改善小流量工况下转轮内部流态对于改善水泵水轮机驼峰特性具有重要的作用.该研究内容阐明了驼峰特性对水泵水轮机造成不良影响的机理,对改进机组水泵工况的水力性能提供了参考与帮助,对于水泵水轮机的稳定运行具有重要意义.     

污水泵站水泵特性在线检测与运行分析

利用泵站现场管路条件，对镇江市江滨泵站6号泵进行了单泵实际水力特性测试。用数据分析了该泵站的运行状况，指出在单泵和双泵全速运行时。流量会分别偏离设计点近1．4和1.2倍，使实际汽蚀余量低于临界汽蚀余量。水泵运行在遭受汽蚀危害的状态；而且运行时扬程高于泵站需要的装置扬程。造成能源浪费。通过对该泵站水泵运行的分析，提出了4点改进的途径。     

双向流道立轴潜水泵系统流动特性研究

为探索将潜水电泵和双向流道泵装置结合在一起的双向流道潜水电泵系统,通过CFX软件对该系统进行全流道数值模拟,获得了系统内的流动特性,并预测了泵装置的水力性能。对进水流道内加设不同导流措施的水流特性进行了分析,结果表明,加设椭圆线导流锥的进水流道出口流速分布均匀度效果最好,能够防止有害旋涡,保证水泵运行的进水条件。应用特别设计的、单边18°的大扩散角出水室,有效地抑制了脱流和水力损失,确保水泵系统整体效率水平。在高精度水力机械试验台进行了模型试验。试验结果表明,泵装置扬程为3.11 m,流量为256 L/s,泵装置效率达到71.9%,正、反向分别高于可逆式双向潜水泵装置7和13个百分点。说明双向流道配立轴潜水泵装置具有良好的工程应用价值。模型试验结果和性能预测结果在高效区范围内吻合,数值计算得到较好的验证。     

超大型离心泵站过渡过程计算及水锤防护

中短距离的超大型离心泵并联泵站在我国灌溉系统中并不多见,但随着规模化农业的发展以及跨流域调水的需求,泵站大型化是一个发展趋势,针对国外一特大型灌溉泵站(8×8000 kW)在各种特征工况下的启停过渡过程进行了计算和分析,根据计算结果提出了防护措施及运行建议:对于最大高差的组合水位,如阀门拒动将导致主泵倒转超过1.3倍额定转速,需采用两阶段关阀进行防护;经计算,正常或事故停泵工况,采用30 s/0.25~90 s/0°两阶段关阀程序可满足所有工况防护要求。但对于并联系统,运行期间需要注意单泵启停对同组其他泵的影响,启停水泵必须由其后的逆止阀实施相应保护,如阀门拒动,则需全停对应泵组。     

水泵进口预旋及涡流强度测试新技术

设计不良的泵站进水建筑物 ,在不带泵运行的情况下 ,也会引起水泵进口水流预旋和吸水管内涡流 ,改变水泵的进水条件 ,恶化水泵的能量特性和汽蚀特性。提出了观测泵进口水流预旋和测量泵进口涡流强度的新技术。通过丝线流场显示技术 ,观察喇叭口进口水流的预旋 ;采用旋度计测定水泵吸水管内涡角的大小 ,可定性和定量地评判水泵进水设计 ,优化进水设计方案 ,确保水泵有良好的进水条件 ,提高水泵装置运行的安全性和可靠性。     

电动机前置和电动机后置潜水贯流泵装置水力性能比较

为了推动潜水贯流泵装置在低扬程泵站中的应用,提出了电动机前置的新型潜水贯流泵装置型式.基于某大型潜水贯流泵站的设计参数,分别设计了电动机前置和电动机后置2种型式的潜水贯流泵装置方案,采用数值模拟方法对这2种型式潜水贯流泵装置的三维流场分别进行数值计算和分析,预测泵装置的扬程和效率,并比较其水力性能和结构特点.结果表明:这2种型式潜水贯流泵装置的进水流道内水流收缩都平缓均匀、流线层次分明,电动机前置方案出水流道内水流扩散平缓且无旋涡或其他不良流态,电动机后置方案出水流道内主流偏向流道扩散段右下侧并在左上侧产生旋涡;电动机前置方案的流道水头损失小、泵装置效率高,水力性能优于电动机后置方案;电动机前置方案的潜水电动机密封更可靠、电动机支撑结构更合理、水泵导叶体的水力设计更成熟.潜水贯流泵装置应优先采用电动机前置方案.     

基于Pareto最优解的跨流域调水泵站多目标优化运行研究

[目的]探究跨流域调水泵站多目标优化运行.[方法]以泵站提水费用最小及站内机组间流量不均匀度最小为目标,以调水周期内各时段各机组叶片安放角为决策变量,本文建立了泵站多目标优化运行非线性数学模型,提出了基于Pareto最优解理论求解的多目标遗传算法.以南水北调东线源头江都4站为研究实例,考虑峰谷分时电价影响,开展了不同日...     

多泵并联供水系统水泵变速调节计算

在多泵并联的供水系统中，为了进行泵站供水流量调节，减少弃水，可采用调整开机台数与部分水泵变速调节的方式进行流量调节，文章结合典型工程研究了复杂系统水泵变速调节的计算方法。     

大型立式泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

针对典型的双向进水流道，应用紊流模型对流道内部流态及水泵进口处的流动进行三维数值计算，计算结果与试验流态、实测数据一致。数值模拟结果揭示了双向进水流道内流动规律，双向进水流道内易产生死水区、旋涡和水下涡带，必须采取适当的消、防涡措施保证水泵正常运行。     

考虑峰谷电价及清水池调节容积的取水泵站优化调度

取水泵站优化运行调度研究对泵站节能具有较好的指导意义。针对取水泵站的工作特点,以取水泵站日运行耗电费最小为目标,考虑峰谷电价及清水池调节容积对取水泵站日运行耗电费的影响,建立了含定速泵或双速泵的取水泵站优化运行调度数学模型,并利用基于动态规划法的求解策略对该数学模型进行了求解。最后通过实例计算结果表明：在原有泵型不变且同等满足供水要求的情况下,该取水泵站采用本文优化后的运行方案较目前实际的运行方案,可有效地实现充分利用清水池调节容积应对峰谷电价进行错峰运行,泵站运行耗电费可明显降低,这验证了本文所建立的优化调度数学模型是合理、有效的,对类似的取水泵站节能运行具有良好的指导意义。