泵与泵装置特性预测

根据泵和泵站的有关文献及作者提出的泵与泵装置性能（效率及临界汽蚀余量）的表达、换算方法,通过进一步的数学推演,提出了水泵及泵装置性能统一表达式.统一表达式包括：扬程通用式、流量通用式、效率通用式、临界汽蚀余量通用式等.用二次多项式表达了泵及泵装置的扬程特性;根据最小二乘法原理给出了扬程系数计算式.介绍了总效率的表达式,并给出效率常数计算方法.介绍了计及冲击损失的影响,并适用于任意工况点的汽蚀特性表达式;同时给出汽蚀余量系数的计算方法.扬程通用式、流量通用式、效率通用式、汽蚀余量通用式等是在各表达式基础上,根据原模型泵及流道内流动相似,运用水泵相似律、比例律,推导扬程系数、效率常数、汽蚀余量系数的相似关系式;综合各表达式和系数、常数相似关系式即为既适用于模型亦适用于原型的统一表达式,或称通用式.统一表达式既可用于计算,亦可用于原模型的相似换算.     

泵与泵装置特性预测

根据泵和泵站的有关文献及作者提出的泵与泵装置性能(效率及临界汽蚀余量)的表达、换算方法,通过进一步的数学推演,提出了水泵及泵装置性能统一表达式．统一表达式包括:扬程通用式、流量通用式、效率通用式、临界汽蚀余量通用式等．用二次多项式表达了泵及泵装置的扬程特性;根据最小二乘法原理给出了扬程系数计算式．介绍了总效率的表达式,并给出效率常数计算方法．介绍了计及冲击损失的影响,并适用于任意工况点的汽蚀特性表达式;同时给出汽蚀余量系数的计算方法．扬程通用式、流量通用式、效率通用式、汽蚀余量通用式等是在各表达式基础上,根据原模型泵及流道内流动相似,运用水泵相似律、比例律,推导扬程系数、效率常数、汽蚀余量系数的相似关系式;综合各表达式和系数、常数相似关系式即为既适用于模型亦适用于原型的统一表达式,或称通用式．统一表达式既可用于计算,亦可用于原模型的相似换算．     

泵及泵装置效率表达与换算

从理论上分析和表达了水泵机械效率、水力效率、容积效率及总效率;分析和表达了泵效率、泵装置效率的相似性,评价了已见各种泵效率的换算公式,推导并提出了泵效率常数暨新的泵效率、泵装置效率换算方法;所提效率公式、效率换算方法对泵性能参数的可信性有鉴别、评价作用,对开发高效水力模型,提高泵站效率有指明路径作用。针对离心泵(及蜗壳式混流泵)和轴流泵(及导叶式混流泵)所提统一的表达式,既适用于泵,亦适用于泵装置;既适用于模型泵,亦适用相似的任意口径、任意参数的原型泵及原型泵装置。泵及泵装置性能统一表达的研究和实现,对于提高泵的设计水平,对于泵及泵站特性准确预测均有较大的理论意义和实际应用价值。     

基于CFD的低扬程泵装置变速特性及相似性

根据南水北调工程中低扬程泵站采用变频调速进行工况调节的运行要求,应用相似准则分别分析了泵和泵装置在不同转速下能量特性的关系,指出不同转速下泵的流量扬程关系特性符合相似律,但由于进、出水流道中的流动受到水泵流动的影响,泵装置的流量扬程关系在不同转速下不完全符合相似律。采用计算流体动力学方法分析了典型灯泡贯流泵装置在3种不同转速下出水流道的流场分布,发现随着转速差距的加大,同一截面上的速度分布甚至出现相反的分布规律,进一步证明了不同转速下的泵装置特性不完全符合相似律,因此变速工况下的低扬程泵装置特性不能采用传统的相似律预测.     

大型低扬程泵与泵装置特性预测

针对大型低扬程泵站广泛采用的轴流泵和导叶式混流泵两类泵型,通过对泵内损失相似性的分析,从理论上建立了水泵机械效率、水力效率、容积效率及泵和泵装置总效率表达式,并采用最小二乘法对模型泵性能试验数据进行拟合求取泵的效率常数。所推导泵和泵装置的效率公式同时考虑了泵内形状阻力损失、摩擦阻力损失和冲击损失的影响,能够很好地适应泵和泵装置在设计工况点和非设计工况点的效率换算,从而可以较准确地预测原型泵装置的动力特性。     

大型泵装置系统性能预测理论探讨

根据泵及泵装置运行特征和泵的相似理论，建立不同技改方案下，泵及泵装置性能预测的数学模型，为合理确定技改方案，预测技改后泵及泵装置特性提供理论依据。     

泵及泵装置效率换算方法

从理论上分析了水泵机械效率、水力效率、容积效率、水泵总效率及装置效率。通过分析模型泵(或泵装置)试验数据,利用最小二乘法拟合及牛顿迭代法计算出泵总效率(或泵装置效率)表达式中的常系数,从而将模型泵各工况点效率分解为水力效率、容积效率、机械效率,实现各部分效率按各自的公式换算。利用相似理论推导得出了水力效率、容积效率、机械效率、管道效率的换算公式,给出了泵及泵装置效率换算的新方法。     

双向竖井贯流泵站模型泵装置模型试验

按照流体力学相似原理建立了黄麻涌双向竖井贯流泵站流道的装置模型,试验测定了模型泵装置在指定叶片角度下运行的装置综合特性曲线,将泵装置综合特性曲线换算成原型泵的特性曲线,同时试验测定在不同工况运行状态下的汽蚀性能,并观察进出水流道的流态,得到了汽蚀性能结果,提出了建设泵站的注意事项和相应的改进措施。     

低扬程水泵装置停泵过渡过程的近似计算

根据低扬程泵装置管路特性、水泵机组的动力学特性和停泵过渡过程中泵系统能量守恒原理以及泵相似理论，并结合现场实测停泵过渡过程曲线的特征点，提出了低扬程泵站停泵泵工况动态特性计算的数学模型。     

大型水泵装置全流道数值模拟与性能预测

采用计算流体动力学方法,对某大型混流泵装置进行了全流道数值模拟,对有泵与无泵进、出水流道的内部流动及水力损失进行了对比分析,实现了水泵装置性能预测．研究发现,水泵叶轮旋转和导叶出口剩余环量与进、出水流道的内部流场相互作用,进水流道的出口水流条件和出水流道的进口水流条件与单独计算时的假定有本质不同,对进、出水流道的水力损失和装置性能有显著的影响．在水泵装置中,进水流道的水力损失小于无水泵时的流道水力损失,在一定流量范围内,仍基本符合二次抛物线规律．与此相反,出水流道的水力损失远大于无水泵时的水力损失,在设计流量附近出现局部极小值,不再完全符合二次抛物线规律．数值计算结果得到了模型试验的验证．     

基于最小二乘曲面拟合的泵装置特性预测方法

根据水泵相似理论,运用最小二乘曲面拟合法建立了原型泵和模型泵无因次扬程、效率与叶片角度、叶轮直径和转速的同一数学表达。结合无因次管道性能曲线,建立了原、模型泵装置无因次的特性参数预测模型,并运用该数学模型预测了广东省惠州市文头岭大型排涝泵站模型泵任意角度的装置特性。结果表明,该数学模型可为大型水泵的装置特性预测提供一个新颖、实用的方法。     

大型泵与泵装置效率特性预测理论分析

对国内外多种原型泵与模型泵之间的效率换算方法进行了理论分析.Moody等传统公式理论分析不充分、不完整,换算结果精度较差.JIS B 8327-2002推荐式以及本文推荐的新型效率换算公式表达较完善,但JIS B 8327-2002推荐式经验常数过多.本文推荐式是根据较严谨的数理关系推导得出的公式,既能适用于泵,也能适用于泵装置,且能定量表达多种因素对效率换算结果的影响,能够为大型泵与泵装置效率特性预测提供依据.     

虚拟泵模型在泵站CFD模拟中的应用

采用Realizable k-ε模型,对某轴流泵装置进行了全流道数值模拟.基于Navier-Stokes方程特点和泵QH曲线提出了一种在缺乏水泵叶轮数据的情况下对泵站全流道进行数值模拟的新的方法,即虚拟泵模型.针对虚拟泵模型和真实泵模型,比较了泵站装置特性曲线以及进水流道压强分布、流速分布.分析结果表明:虚拟泵模型模拟的装置特性曲线和真实泵模型非常接近;进水流道的压强分布与真实泵模型相似,数值略小于真实泵模型;进水流道的流速分布与真实泵模型非常接近,但真实泵模型的流速分布更加均匀.     

滁河四级站混流泵装置模型试验研究

为了验证滁河四级站建成后原型泵装置的性能指标能够满足设计要求,确保泵站能够安全可靠运行,针对该泵站出水管道较长和坡度较大的特点,优化设计了滁河四级站混流泵装置模型试验方案,既保证了泵装置模型流道与原型流道的水力损失相似,又保证了在试验台能够完整布置模型泵装置。试验测试了混流泵装置模型的能量、空化、压力脉动和飞逸等特性。试验结果显示,滁河四级站混流泵装置的进出水流道型线设计合理,泵装置在不同扬程工况下能够安全、稳定的运行,可以满足滁河四级站的设计和运行要求。该泵站模型泵装置的试验方法和结果可为类似的混流泵站设计和机组选型提供参考依据。     

旋流式射流泵装置性能试验研究

为提升旋流式射流泵装置性能,设计了1种新型旋流式射流泵装置.选用3种不同面积比的旋流式射流泵和与之相对应的无旋射流泵作为研究对象,通过改变流量比,研究旋流式射流泵装置性能随射流泵面积比和流量比的变化特点.结果表明:旋流式射流泵的最优面积比小于无旋射流泵;面积比偏大和偏小时,其压力比和装置效率明显优于无旋射流泵;旋流式射流泵的面积比与无旋射流泵的最优面积比接近时,其压力比和装置效率略优于无旋射流泵;旋流式射流泵装置的最佳效率点与无旋射流泵装置相比有向大流量比方向移动的趋势,这将增大装置性能的高效区范围.旋流式射流泵装置压力比最高能提高0.01,相当于无旋射流泵装置的5%~10%;旋流式射流泵装置效率最高能提高4%,相当于无旋射流泵装置效率的25%左右.     

大型泵站改造中的水泵选型预测

根据相似理论，分析和表达了模型泵及泵装置扬程特性曲线和效率特性曲线，提出了预测原型泵及泵装置扬程特性和效率特性的数学模型，作为泵站技术改造水泵选型预测的理论依据；应用该数学模型对安徽上桥泵站技术改造中适宜的泵水力模型进行了比较、分析，预测了原型泵装置性能；以效率最优为准则，优选了适合于上桥泵站特征水位组合、流量的水力模型．优选结果为采用350ZMB-3．8模型；更换新泵后，在功率未增大的情况下，单泵流量加大5—8m^3／s．     

低扬程轴流泵模型装置相似换算的研究

简要介绍了低扬程轴流泵模型装置的试验研究，根据试验结果进行了不同转轮直径下实型泵装置特性的相似换算，该成果可以作为低扬程轴流泵站设计的参考。     

黄家坝30°斜式轴流泵装置模型试验研究

针对黄家坝30°斜式轴流泵装置,设计和制作模型泵装置,测得5个叶片角度下模型泵装置的动力特性、3个叶片角度下的空化性能和叶片角-4°下的飞逸特性,并按照相似理论,换算得到黄家坝原型泵装置特性。研究结果表明,该轴流泵装置具有较高的装置效率,在叶片角-4°时的最高效率可达83%,较大范围运行工况下的空化性能优良,事故飞逸转速安全,适用于低扬程大型泵站。     

扩散导叶对贯流泵装置性能影响

贯流泵装置中扩散导叶的叶片数是影响其装置水力性能的一个因素,故有必要对其进行计算和分析.通过CFD方法对配有不同导叶体的灯泡贯流泵装置内部三维流动进行了全流道数值模拟计算,获得了5种不同方案（4片、5片、7片、8片导叶和改进后的5片导叶）下贯流泵装置水力性能以及导叶段的水力损失,分析了不同导叶叶片数和叶片形状对贯流泵装置外特性的影响.结果表明,导叶体内的水力损失基本上随着导叶叶片数的增加而增大,而泵装置的效率不完全符合这一规律;采用5叶片导叶方案的泵装置效率较高,且内流场的压力和流速分布较为均匀;改进后的5叶片导叶体内的水力损失最小,泵装置效率最高,提出了对确定叶轮的最佳导叶叶片数的匹配.     

特低扬程大流量贯流泵站水泵选型

针对特低扬程大流量水泵的选型问题,以某设计净扬程仅0.32 m的贯流泵站为例,进行水泵性能预测.利用现有水力模型的泵段特性曲线及装置特性曲线进行相似换算,并对计算结果进行比较.通过进一步的数学推演,提出了采用水泵泵段特性参数推算泵装置效率指标的方法,并结合数值模拟及装置模型试验进行验证.结果表明,对于运行净扬程1 m以下竖井贯流泵装置,可利用现有南水北调的低扬程水力模型降低nD值进行选型计算.由于水泵流道水头损失占比较高,其最优工况效率与具有3 m左右扬程水泵相比低了约6%,故采用扬程差距较大的模型装置特性参数换算的偏差较大,采用模型泵泵段特性参数换算更准确.采用泵段效率和泵装置效率换算公式,对泵段曲线工况点及对应流道损失进行换算,可较为准确地预测装置效率曲线高效区扬程范围,可为特低扬程泵站设计提供参考.