叶片安放角对微型轴流式水轮机性能的影响

为探究叶片安放角对微型轴流式水轮机水力性能的影响,以一比转数为548的微型轴流式水轮机为研究对象,在不改变其他几何参数的前提下,仅偏置转轮叶片各翼型剖面,得到7个不同叶片安放角的转轮;在试验验证的基础上,通过全流场数值计算,分析了改变叶片安放角对微型轴流式水轮机水力性能的影响.结果表明：随着叶片安放角的减小,在相同流量下水轮机的水头与出力均增大,高效率区域向小流量区域偏移,水轮机可高效运转的范围有一定程度的增大;随着叶片安放角的增大,水轮机的水头与出力减小,高效率区域向大流量区域偏移.适当减小叶片安放角的水轮机能在较大水头(流量)变化范围内维持较好的性能.其中,安放角为-4°的水轮机最高效率达到82.13%,高效率区的范围最大.该研究可为微型轴流式水轮机转轮的设计提供一定参考.     

贯流式水轮机压力脉动及流场特性数值模拟

鉴于目前国内关于竖井贯流式水轮机压力脉动方面的研究工作较少,以某水电站模型水轮机为对象,运用计算流体动力学(CFD)数值模拟,通过改变水轮机导叶和叶片安装角度,揭示导叶角度与叶片角度的变化对竖井贯流式水轮机能量特性的影响规律。通过采用"Second Order Backward Euler"法对水轮机进行非定常模拟,研究在额定工况、小流量及大流量工况下,竖井贯流式水轮机压力脉动变化特征。计算结果表明:随着导叶角度的增大,水轮机效率先减小后增大,但效率变化范围很小;叶片角度的改变对水轮机效率影响较大,在某一角度下,水轮机达到高效率点,并基本保持稳定。额定工况下,压力脉动从进水流道到转轮区,脉动频率基本稳定,出水流道的脉动频率会有所增加,且由尾水管部分产生的压力脉动由尾水管到转轮区、导叶区向前部传递。本文的研究工作为预测竖井贯流式水轮机能量及压力脉动特性提供参考。     

弯形尾水管在ZD560—LMY—60型水轮机上的应用

我县丰阳镇夏炉一级水电站,H_p=12.8米,Q_p=5.4米~3/秒,设计选用4台ZD_(560)-LMY-60型(φ=0°)水轮机,配套TSN59/41-8型200千瓦发电机,η_F=90.4%,由工程设计计算得水轮机吸出高度 H_s=0.18米。厂家提供的水轮机为直锥形尾水管,如果按此设     

若干因素对导叶式混流泵水力性能的影响

为提高导叶式混流泵的水力性能,开展了叶顶间隙、叶轮叶片数、叶轮叶片安放角和叶轮叶片厚度对导叶式混流泵水力性能影响的研究.运用CFD软件Ansys CFX 12.0,基于剪切应力输运(SST)湍流模型和SIMPLEC算法,采用分块结构化网格技术,对导叶式混流泵内流场进行了数值模拟.计算结果表明:导叶式混流泵的扬程、功率和效率都随叶顶间隙的增大而降低;扬程和功率随叶轮叶片数的增加而增大的幅值渐小,叶轮叶片数过多或过少对导叶式混流泵效率都不利;不同叶片安放角时扬程、功率的差别随流量增大而逐渐增大,通过叶片安放角的调整可实现泵最高效率点的偏移并改变高效区的范围;泵最高效率点随叶片厚度减薄而向大流量偏移,且最高效率有所提高.在满足制造工艺与安装要求的前提下,对影响导叶式混流泵水力性能的各因素进行优化选择可提高导叶式混流泵的水力性能.     

变性高阶比傅里叶非圆齿轮驱动差速泵设计与试验

为进一步提高差速泵性能,提出了一种变性高阶比傅里叶非圆齿轮驱动的六叶片差速泵。建立了变性高阶比傅里叶非圆齿轮传动模型和六叶片差速泵性能指标计算模型,编写差速泵性能分析软件。计算和分析不同阶数比和不同变性系数下的差速泵排量、流量和脉动率等性能,计算结果表明,高阶数比非圆齿轮副有利于提高六叶片差速泵综合性能,变性系数改变有利于降低单泵脉动率。经试验台测试,在相同泵尺寸及管路环境下,变性高阶比差速泵第一叶轮输入轴微应变均值下降35. 2%,降低了差速泵流量脉动。而非圆齿轮的不根切最大模数增加27. 7%,增强了承载能力。排量变化不大,降低了1. 2%。该设计更有利于低脉动、大载荷工况。     

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响

鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。     

南水北调东线一期工程灯泡贯流泵性能分析

南水北调东线一期工程中有6座泵站采用灯泡贯流泵,由于其结构不同,因此性能存在差异.分析了这6座泵站装置模型试验成果,介绍了优化设计的方法和措施;根据模型装置验收试验成果,其性能均达到和优于合同保证值.采用量纲一的流量系数、扬程系数和空化系数,对6座泵站的性能进行对比分析,相同的水力模型在不同结构中的扬程系数-流量系数曲线基本重合,而且最高效率都达到了约80%,因此性能均较优.通过现场测试的数据,进一步验证了灯泡贯流泵的优越性能和良好的运行稳定性,而且实测数据好于模型装置试验预测值,灯泡贯流泵适合于南水北调工程低扬程泵站.     

基于人工神经网络模型的混流式水轮机转轮多目标优化

【目的】探究一种同时提升混流式水轮机运行效率、空化性能及运行稳定性的优化方法,为混流式水轮机转轮的多目标优化提供技术途径。【方法】以转轮叶片进出口安放角、安装角为优化变量,通过对叶片几何参数随机离散抽样获取样本数据库,基于CFD数值计算获取各样本的性能参数,进而建立同时考虑混流式水轮机转轮效率、出口旋流数以及空化系数的多目标函数;基于人工神经网络建立优化变量与多目标函数的映射关系,最后采用遗传算法对转轮叶片的18个几何参数进行全局寻优,并对优化前后的转轮叶片性能进行对比分析。【结果】在导叶开度为112°且运行水头分别为160、175、180 m的3个工况下,优化后的转轮效率相较优化前分别提高了0.22%、0.56%、0.60%;叶片压力分布情况得到有效改善;转轮无叶区与尾水管锥管段处压力脉动幅值显著降低。【结论】叶片进口安放角的优化程度越大,混流式水轮机综合性能的提升幅度越大。     

高比转数离心式潜水排污泵设计与试验

针对350QW 1500-16-90型排污泵,运用CFD软件ANSYS CFX对采用不等扬程水力设计方法 2种方案和传统等扬程水力设计方法 1种方案在不同工况下泵内部流动进行模拟分析,做出性能预测,并选取最优方案进行试验。研究结果表明:采用不等扬程水力设计方法可以减小叶轮工作面低压区和回流,从而使泵有均匀的叶片出口静压及流速分布;利用CFD技术所获得的扬程、效率的预测曲线和试验所得到的性能曲线变化规律一致,无马鞍区,无过载现象发生,满足设计要求,表明数值模拟较准确,对高比转数排污泵设计有一定指导意义;随着流量的增加,扬程曲线斜率绝对值增加,泵的最高效率点出现在1 699.93 m3/h时,最高效率为80.256%,最高效率点向大流量偏移,大流量区域效率曲线平缓,0.9Q~1.3Q为高效率区,符合排污泵在大流量工况下运行的工作特性。     

叶轮与导叶叶片数匹配对井用潜水泵性能的影响

叶轮与导叶叶片数对泵的扬程、效率等都具有较大的影响。选取250QJ140型井用潜水泵作为研究对象,采用数值计算与试验相结合的方法,在叶轮与导叶叶片数组合变化下,对井用潜水泵的性能变化规律和内部流场分布进行了研究。基于不改变其他几何参数的原则,建立16组不同叶片数组合的两级井用潜水泵模型。采用ANSYS ICEM软件对各组模型分别进行了结构化网格划分,进而在ANSYS CFX商用软件中对各组模型进行了多工况定常数值计算。各组数值计算均选用标准k-ω湍流模型和标准壁面函数,获得了各组模型在不同工况下的性能预测值。通过各组方案性能预测值的对比可以发现:在额定流量工况下,当叶轮与导叶叶片数均为7时,井用潜水泵模型的效率最高。在小流量工况和大流量工况下,泵内的介质流动角度发生了变化。在小流量工况下,增加叶轮与导叶的叶片数可以提高叶片对于液体介质的整流,进而提高井用潜水泵性能;在大流量工况下,较少的叶轮与导叶叶片数更能减轻叶片对液体介质的排挤作用。将大流量工况下性能较好的方案6进行了样机制造和性能试验,结果表明,模型性能较好,在额定流量工况下,扬程预测值比试验结果低2.4%,轴功率预测值比试验结果低1.6%,效率预测值比试验结果高1.1%,数值预测结果与试验结果随流量的整体变化趋势一致,证实了本文中数值计算的准确性。     

提高水轮机和水轮泵发电出力的一种措施

我省各地农村水电站共拥有ZD760—LM(LH)—60水轮机和川—60型水轮泵发电机组123台。由于前几年水电设备供应比较紧张,致使有相当数量的电站当时机组选型偏小,运行有弃水。特别是水轮泵发电站,弃水更为严重。为充分利用水利资源,提高设备出力,我们设计了一种减小了轮毂比的钢板焊接结构的水轮机转轮。经几个电站试运行表明,确能提高出力,而且价格便宜,便于维修,耐冲击性能好,现将转轮性能和     

基于微水发电系统的智慧农业物联网设备研发及应用

鉴于中国水资源短缺且农业灌溉用水有效利用率低的现状,为提高农业灌溉用水效率与效能,加快高科技智慧型农业设备研发与推广,降低农业投入以及农业用水的比例,采用数值模拟与模型试验相结合的方法,制定四因素三水平的正交试验优化方案,对9种不同方案在设计流量点处的新型微型管道水轮机性能进行计算,并进行物理模型试验验证.研究结果表明:水轮机内的压力脉动主要受到叶片通过频率和导叶通过频率的影响;在设计流量点处,优化后的水轮机出力为6.30 W,效率为85.13%,与初步设计方案相比,分别提高了32.35%和2.58%.同时研发了智慧农业物联网前端与终端系统,建立一个集自发电、环境监测、远程控制、情况预警、生长状况分析于一体的综合性农业物联网智能管理系统,极大地方便了用户,为实现智能化种植、养殖技术提供了一种切实可行的方案.     

基于正交试验的斜击式水涡轮优化与分析

参考斜击式水轮机结构设计方法,使用正交试验法对JP75卷盘喷灌机水涡轮的主要几何参数进行优化试验,并对优化结果进行相关系数及主成分分析,最后确定影响效率的主要因素及水涡轮最优参数组合.使用优化后的参数建立水涡轮最优模型,并采用CFD数值计算方法对流量为500～900 r/min、转速为18～40 m3/h下优化模型的性能进行计算及分析;在此基础上,分析了水涡轮外特性曲线,优化模型在非设计转速下具有较高的稳定性和高效性.在流量区间内,优化模型最高效率点提升了近31%;研究了水涡轮优化模型的内部流场分布, 相比于原有模型,内部流场更为合理流畅,进口管道内压力分布均匀,且能够形成有效射流,同时,水涡轮叶片的优化设计解决了存在的局部高压区和叶间涡问题;与原有模型进行能量转化率比较,验证了转轮处能量有效利用率明显提升了42.71%.     

圆形喷灌机系统两井泵汇流装置水力性能研究

【目的】为了满足入机流量需求,圆形喷灌机在实际应用中常用多台井泵并联供水,在喷灌机入机处安置井泵汇流装置,以调节流量和稳定水压。【方法】通过设计两井泵汇流装置,开展了汇流装置水力性能试验及数值模拟,研究了雷诺数和两进口汇流比(较小流量与较大流量之比值)对装置水力性能的影响。【结果】汇流装置的总水力损失模拟值与试验值较吻合,相对误差范围为0.5%～3.3%,且随雷诺数和汇流比均呈二次函数关系,当汇流比为0.8左右时,装置的总水力损失最小;两进口对应的局部阻力系数均不随雷诺数产生变化,但随汇流比变化趋势相反,当汇流比为0.2～1.0之间时,较大流量进口的局部阻力系数为1.16～1.31,较小流量进口的局部阻力系数为1.31～4.22。【结论】两井泵汇流装置结构及水力性能可用于圆形喷灌机灌溉工程设计和运行管理。     

基于边界层分离理论的低比转数离心泵设计

为研究边界层分离对低比转数离心泵水力性能的影响规律,由边界层不发生分离条件,结合离心泵湍流边界层理论,在不改变叶轮进出口几何参数的情况下,通过实际案例设计新的叶轮叶片型线,探索在水力设计中防止或抑制过流表面边界层分离的方法.叶轮叶片型线方程以叶片安放角β为变参数,引入速度系数kv作为中间因子.水力设计计算结果显示:边界层动量损失厚度随速度系数kv的增大而变厚,理论扬程随速度系数kv的增大而升高;在满足理论扬程的条件下,减小叶片型线方程中速度系数kv的取值,有利于抑制过流表面边界层的分离.数值模拟结果表明,低比转数离心泵叶轮叶片型线设计不合理是导致过流表面边界层分离的主要原因,边界层分离引起泵的水力性能下降,在设计工况下,改型泵的扬程比原型泵的扬程增加不明显,但水力效率有所提升;新的叶轮叶片型线对内流场状况有一定的改善作用,能有效防止回流与涡旋的产生和发展.     

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...     

两段变曲率叶型离心泵设计研究

基于Fluent泵内部全流场数值模拟及性能预测,对IS65—40—200型泵进行了两段变曲率叶型改型尝试．分析了加短叶片前后两段变曲率叶型离心泵性能的变化规律,发现加短叶片后泵的扬程明显提高且效率基本相同．对比了具有不同改型比例的两段变曲率叶型离心泵的性能,分析改型比例对泵性能的影响,确定了改型比例范围．分析了改型前后泵性能的变化规律,总结了两段变曲率叶型离心泵改型方法．提出了两段变曲率叶型离心泵的设计方法：先设计一台基础离心泵,且基础泵最高效率点的流量在小流量区域,再在此基础上改型设计．通过样机试验,验证了此设计方法的可行性．研究表明：两段变曲率叶型离心泵比同设计参数的普通离心泵尺寸小,轴向力低     

水轮机模式液力透平新型空间导叶的设计和性能分析

按原动机原理设计的水轮机模式液力透平流道是液力透平模式上的一种创新,能有效解决泵式流道在效率低、高效区窄方面的问题。为研究水轮机模式液力透平流道性能,文章结合传统的空间导叶与同径正反导叶,设计出一种新的空间导叶,该导叶正反导叶过渡不采用跨桥式连接,而是导叶间的直接连接,叶片在三维空间为扭曲形状,将过渡段划为单独流道;并以一种具体的两级水轮机模式超低比转速混流式转轮为例,对新型空间导叶进行CFD数值分析,得出该级间导叶下液力透平的效率达到74.9%,总扬程达到495m,满足设计要求。性能分析显示,新型空间导叶与所接转轮的匹配程度会影响转轮的内部流场,对整体效率有重要影响。导叶的进水面叶片弯曲角度过大,会使液体流经过渡段时的液流角非常小,且在外缘区形成环流。     

罗马尼亚阵雨泵厂生产的水泵(2)

四、BRATES型混流泵“BRATES”型泵是一种小型卧式混流泵,共有10种规格,流量250～4000立米/小时,扬程5～18米,详见图9、10,表5 五、HEBE型潜水泵“HEBE”型潜水泵系列共有9种规格,泵的外径为8英寸、12英寸、14英寸三种,流量8～290立米/小时,扬程15～200米,输送介质的温度为20℃左右,详见图11～13、表6。     

贯流式水轮机低频脉动及尾水管涡带特性研究

为了研究贯流式水轮机内部低频压力脉动特性,针对某电站贯流式水轮机进行了非定常数值计算,分析了不同工况下水轮机内部的压力脉动特性,揭示了贯流式水轮机低频压力脉动产生的机理,并提出了改善低频脉动的方案。研究表明,在额定工况和小流量工况下,水轮机内部的压力脉动主要受到叶片通过频率(5.26 Hz)以及低频脉动(0.20 Hz)的影响,低频脉动的幅值从水轮机进口到出口逐渐增加,且小流量工况的低频压力幅值较额定工况高;不同工况下,水轮机尾水管内均存在一个与转轮旋转方向一致的螺旋状偏心涡带,该涡带按一定周期演变,其对应频率为0.22 Hz,与低频压力脉动频率(0.20 Hz)较为接近,因此可以说明该水轮机内部的低频压力脉动是尾水管涡带引起的;为了减小水轮机低频压力脉动系数幅值,提出了一种在尾水管内增设导流板的方案,该方案能有效降低由尾水管涡带引起的低频压力脉动系数幅值,导流板通过降低尾水管内的涡带能量,达到消涡目的。研究结果可为贯流式水轮机组的稳定运行提供依据。