大型泵站变速-变角综合经济运行研究

南水北调东线工程源头泵站扬程变化幅度大、变化频度高、年运行时数长,应实现经济运行。分析泵装置效率特性,提出大型泵站变速一变角综合经济运行理论,并给出运行方案。结果表明,与单一变速或变角经济运行相比,泵站实现变速一变角综合经济运行,平均泵装置效率可再提高1％～5％。     

大型泵站水泵机组工况调节方式定量优化选择

为了合理选择水泵机组工况调节方式,实现大型泵站优化运行,考虑机组起停机特性、安装维护性、可靠性等因素,在此基础上,针对优化运行功能,在保证抽水流量的前提下,以设备投资与运行总费用之和最小为目标,提出了定量选择水泵机组工况调节方式的方法.该方法综合考虑了泵站的扬程变化范围、运行时间、变工况优化运行、运行费用及设备投资.应用该方法对典型泵型的工况调节方式进行了优化计算,结果表明:当泵站运行扬程偏离高效区较多或扬程变幅较大时,泵站需要设置变角或变频变速工况调节机构.泵站年运行扬程分布不同,工况调节方式选择受到一定影响.设备费用降低后,泵站采用变角调节或变频变速调节的扬程适用范围增大,设置工况调节方式实现优化运行的效果更加显著.该方法为定量确定水泵机组工况调节方式提供了依据.     

低扬程泵变速工况性能及合理变速范围的确定

根据南水北调工程中低扬程泵站采用变速运行的具体特点,研究了变速工况下泵装置性能的变化规律,指出在装置净扬程大于零的情况下,传统的水泵相似律不再适用于变速工况下的装置特性换算,提出了采用泵特性线性化和额定转速下装置特性预测变速工况下性能参数的方法.在引入"能耗比"的概念后,对一定时间段调水量恒定条件下的变速运行与其他调节方式的能耗进行了分析.在考虑变速装置效率、电动机效率和不同转速下泵效率变化下能耗比与净扬程关系的基础上,提出了确定不同净扬程下经济合理变速范围的方法.     

试谈泵站综合自动化系统的功能与选型

泵站改造时,应根据泵站的情况选用合适的计算机网络系统;泵站群的调度系统更应该根据本身的具体情况,选择合适的通讯方式。泵站的运行应该注重效率和节能,在改造时应选用合适型号的泵组,选定控制模式（手动调节、变角调节或是变速调节）。     

泵站综合自动化系统的功能与选型探讨

泵站改造时,应根据泵站的情况选用合适的计算机网络系统；泵站群的调度系统更应该根据本身的具体情况,选择合适的通讯方式.泵站的运行应该注重效率和节能,在改造时应选用合适型号的泵组,选定控制模式(手动调节、变角调节或是变速调节).     

变频调速灯泡贯流泵性能与控制方式

变频调速作为灯泡贯流泵的一种工况调节方式已经运用于南水北调东线工程的多座泵站.为了研究变速工况下的灯泡贯流泵水力性能和控制模式,指导泵站优化运行和推广应用,针对淮阴三站和泗洪泵站这2种典型型式的机组,分析和研究了其变频变速性能及不同转速的模型试验结果,并根据有、无旁路的电气主接线2种方式,研究在考虑变频装置和电动机在不同转速下效率发生变化时不同扬程段的运行控制方式.结果表明:变频调速的灯泡贯流泵性能受到水泵叶轮性能和流道性能两方面的制约,在一定变速范围内可以采用效率不变的相似定律进行预测;在确定灯泡贯流泵机组运行性能时必须考虑变频装置的损耗,同时应分析随着频率改变引起的变频装置及电动机效率变化;以泗洪站为例,综合考虑机电设备损耗后发现,在(40%～80%)供水设计扬程范围内可以切除变频装置,直接工频运行效率更高.     

高效平面S形轴伸泵装置优化设计与模型试验

平面S形轴伸泵装置是低扬程泵站的重要装置,现有的平面S形轴伸泵装置效率较低,难以推广应用。对传统的S形弯管和流道进行优化设计,提出平面S形轴伸泵装置方案,通过CFD数值模拟计算,获得了全流道内部流场,显示了优良的流动特性,进水流道出口轴向流速均匀度达到99.2%以上。泵装置在高精度水力机械试验台进行试验,其性能在水泵叶片角2°下流量Q=244.21 L/s,扬程H=2.003 m,最高装置效率为78.35%。在叶片角-2°下,流量Q=232 L/s,扬程H=1.05 m,效率为68%,满足设计运行工况运行要求;叶片角-2°下最高效率点出现在Q=213.79 L/s、扬程H=1.74 m,效率为77.1%。泵装置最高运行扬程大于3 m,满足泵站最高扬程运行要求。模型泵装置试验的结果,验证了数值计算结果,二者在高效区一致。在叶片角度-4°、-2°、0°和2°,扬程1.7~2.0 m时,模型试验最高泵装置效率为77.1%~78.35%,达到实际工程应用的较高要求。高效平面S形轴伸泵装置在黄金坝闸站实际工程应用表明,泵机组运行平稳,性能良好。     

泵装置动力特性随转速变化关系的研究

通过对不同叶片角下不同转速时各性能特性的试验研究,获得了泵装置各性能特性随转速的变化规律,研究了泵装置最高效率及其最高效率点位置和转速的关系,探讨了不同转速下最高效率点处各参数之间的关系及各性能曲线换算到额定转速时的变化,其结论可为泵装置模型试验及泵站的高效运行提供理论的实际指导。     

黄金坝泵站平面S形贯流泵装置物理模型试验分析

平面S形贯流泵装置是特低扬程泵站的重要装置形式之一,以黄金坝泵站为研究对象,通过对该贯流泵装置S形弯管和流道的优化设计,达到了提高泵装置能量性能的目的。经物理模型试验结果表明,在叶片安放角为2°时,平面S形轴伸贯流泵装置的最高效率达78.35%,此时泵装置的流量为244.21 L/s,装置扬程为2.003 m。在扬程1.5～2.0m范围内,泵装置的效率均在73%以上,泵装置高效区运行的流量范围较大。该优化方法为后续S形贯流泵装置的优化设计提供了有效的参考。     

离心泵调速运行试验与节能效果分析

为了节约能源,提高水泵及泵站的运行效率,以喷灌泵BX50-31( =192.36)为研究对象,进行了恒定扬程和变装置扬程(假设H=KQ2)不同工况下的变速调节试验;对试验结果进行节能效果分析,得到了在相对流量为50%的调节流量下,较节流调节高达87.52%的相对节能效果.所得结论对研究离心泵的节能、离心泵设计的改进具有一定的参考价值.     

南水北调东线泵站变速运行模式的适应性

以南水北调东线工程源头泵站江都四站为例,通过单机组优化运行（叶片全调节、变频变速）数学模型的求解、分析可知,在南水北调东线源头泵站扬程变幅（日均扬程7.8~3.8 m,潮差1.2 m）范围内,不管是否实行峰谷电价,泵站叶片全调节优化运行是较为合适的运行模式;变频变速运行仅在扬程低于5.0 m、非满负荷运行时优于叶片全调节;在满负荷工作时,泵站变频变速与定角恒速运行相比,变频变速优化运行带来的效益不足以抵消变频装置的耗损.同时,从泵装置运行的机理出发,证明了大型提水泵站只有在一次调水过程中的扬程变幅足够大时,变频变速优化运行才能产生效益的论点.该成果可为南水北调东线大型泵站的改造、优化运行提供理论依据.     

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...     

泵站变角变速组合优化运行算法

建立了泵站多机组叶片全调节与变频变速组合优化运行数学模型,提出了基于动态规划逐次逼近法的大系统分解-动态规划聚合求解方法.以泵站日提水耗电费用最小为目标、机组提水量为协调变量,将该模型分解为若干个单机组叶片全调节与变频变速组合日优化运行子模型.该子模型以机组叶片安放角及机组转速为决策变量、机组提水量的离散值为状态变量,采用动态规划逐次逼近法求解.构造的聚合模型以各机组提水量为决策变量、泵站提水量的离散值为状态变量,采用动态规划方法求解.以某泵站运行为例,在满负荷、80％负荷、60％负荷下,各日均扬程下泵站多机组叶片全调节与变频变速组合日优化运行较定角恒速运行平均单位提水费用分别节约5.80％,25.19％,32.20％.     

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。     

魏村枢纽扩容改建工程双向立式泵装置模型试验及流场分析

为明确魏村枢纽扩容改建工程泵站的双向立式轴流泵装置的水力特性,对该泵站的泵装置物理模型开展了能量性能、空化性能及飞逸性能的试验和泵装置内流场的数值分析。结果表明：在叶片安放角-8°～+4°时,泵装置最高效率为74.26%,此时叶片安放角为-6°、泵装置扬程为3.981 m;在泵装置扬程2.72～5.25 m范围内模型泵装置运行平稳,无明显不良噪音和振动。在最大泵装置扬程5.25 m、叶片安放角+2°时,水泵的淹没深度满足最大必需汽蚀余量9.35 m的要求。在叶片安放角-8°时,原型泵的飞逸转速是其额定转速的1.705倍。箱涵式双向出水流道的水力损失是影响此类泵装置水力效率的主要因素。     

双向立式潜水轴流泵装置特性研究

潜水轴流泵通常用于单向和卧式泵装置,用于双向立式泵装置不多。针对泵站改造要求,通过CFX软件对双向流道潜水轴流泵装置内的流动进行数值模拟,分析了进出水流道过流特性及流态,预测了装置性能,以此改进了泵装置的进出水结构。在高精度试验台对模型泵装置进行了测试,获得了泵装置综合特性曲线,泵装置最高效率达到67.3%,平均提高3%~5%。进水流态试验观测发现进水流道内的涡带,研发的消涡锥成功消除了附底漩涡,提高了机组运行的安全性。泵装置性能预测结果在高效区与模型试验结果基本一致。     

大型立式轴流泵装置叶轮选型模型试验分析

轴流泵叶轮选型不当会导致泵站运行工况的偏离,降低使用效率,增大机组振动,影响泵站的高效、安全和稳定运行,合理地进行轴流泵叶轮的选型,对轴流泵的运行具有实际意义。以立式轴流泵模型试验为基础,分析了轴流泵叶轮的选型办法,在传统选型办法基础上增加了以泵站的流量加权平均值、效率加权平均值和临界汽蚀余量加权平均值作为参考的泵站选型办法,可以更加合理地优选出适合泵站运行的水泵叶轮。优选出方案3叶轮,此时泵装置在叶片安放角6°时,流量为398.5 L/s,扬程为6.07 m,效率达到75.5%,临界汽蚀余量达到7.4 m,设计点性能最优,高效区较宽,同时泵装置流量加权平均值为414.25 L/s,效率加权平均值为71.385%,临界汽蚀余量加权平均值为8.435 m,综合性能最优。     

15°斜轴泵装置特性试验

结合广东省惠州市文头岭大型排涝泵站,对经过CFD数值模拟优化后的斜式进水与斜式出水流道匹配组成的15°斜轴模型泵装置进行了能量试验、汽蚀试验和飞逸特性试验研究．通过特性试验研究得出了模型及原型装置的能量特性曲线、3个不同叶片角度下特征扬程的临界汽蚀余量及0°叶片角下最大装置扬程的飞逸转速．试验结果表明,该泵装置最高效率随叶片角度减小而增大,叶片角-4°时的最高效率可达80％左右,泵站进、出水流道型线设计合理,汽蚀性能优良,飞逸转速安全,15°斜轴泵装置性能优越．提出的斜轴泵装置对同类低扬程泵站水力优化设计具有重要的参考价值．     

可调后置导叶对泵装置水力特性的影响与预测

为了研究可调后置导叶对轴流泵装置水力性能的影响,基于雷诺时均方程和RNG k-ε湍流模型计算了各工况时7种调节角的后置导叶泵装置的水力性能,分析了不同调节角时后置导叶的翼型绕流速度矢量,构建了可调后置导叶对泵装置能量性能影响的BP-ANN预测模型,并通过理论计算结合数值模拟验证了预测模型的有效性。结果表明:当后置导叶调节角沿顺时针方向增大时,轴流泵装置的高效区向大流量方向偏移;沿逆时针方向增大时,泵装置的高效区向小流量方向偏移。通过调节后置导叶可达到改善导叶体内部流态,减弱甚至消除导叶片进口冲角及尾部脱流等不良流态的目的,从而提高泵装置的水力效率。建立的BP-ANN预测模型具有比较高的预测精度,预测精度在1%以内,可满足实际工程预测要求。     

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。