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。     

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。     

水泵及泵装置效率换算方法

分析了传统效率换算公式的理论依据和有关标准推荐的效率换算方法,发现传统水泵效率换算式理论具有表达不完整、经验性重、通用性缺乏等问题;比较了由不同换算公式计算得到的最优工况点泵水力损失比,发现Medici式、Fromm式及两种Moody式原模型效率差值较大,其他各式较小,Ackeret式最小.研究提出了泵及泵装置"分部效率换算方法",从流体流动特性出发,介绍了3种不同流动区摩阻系数表达式,提出经数学处理的便于应用的简化公式;从泵内流动特性出发,分析和论证了摩阻系数的确定依据,研究了泵比例系数和摩阻系数对水泵效率换算的影响;推导提出了另一种效率常数计算方法;针对相同的原、模型水泵及泵装置实例,给出不同方法的效率换算结果,分析不同方法差异的原因及适用性.研究结果表明:相较于Ackeret式和Hutton式,泵比例系数对"分部效率换算法"的影响较小;采用"分部效率换算法"时,以任何流动区的公式计算摩阻系数其总效率并无明显差异.     

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．     

泵及装置原型与模型水力特性换算方法

对国内外多种泵及装置原型、模型水力特性换算方法研究所取得的进展进行了回顾,主要内容包括具有奠基意义的Moody效率换算公式,考虑比尺效应的原型、模型泵及装置效率的换算方法,以及原型、模型泵能量性能参数的换算方法。详细介绍了我国学者在这方面的研究成果,并对现有不同换算方法进行了简要的评述,指出缺乏高精度完整可靠的水泵装置原型测试数据,是目前制约水力特性换算方法深入研究的重要原因,将数值模拟与理论分析和试验研究相结合,可望取得突破性的进展。     

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.     

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.     

低扬程泵装置原、模型和防止“有害”汽蚀参数换算

依据中国泵和泵站模型水工试验作设计前期工作时,行业规定在泵水力装置模型制作中要求过流流道几何相似,但表面粗糙度与原型按一定比例相等和不重视容积损失相似,有比尺效应;在模型试验中,流道水流流态可能有部分在光滑紊流区与原型水流态不相同和允许降低原型泵转速做模型试验,有Re数效应;两者造成原、模型水力参数换算后误差很大,须用经验公式修正,各国学者已提出了十几个经验公式.提出了人工消除参数中的比尺效应和Re数效应,将模型试验成果按不等效率换算成与原型泵流道几何相似、水流流速相同、水力效率不相同的新模型,新模型成果由水工相似定律等效率换算成新模型原型水力参数,并可防止叶型"有害"汽蚀.采用该方法换算皂河第一抽水站模型试验为原型水力参数,与试运行成果符合.     

全液压推土机液压驱动系统变量泵效率研究

在对全液压推土机液压驱动系统变量泵的机械效率、容积效率、总效率进行分析的基础上,对某型号变量液压泵效率试验数据进行了拟合,分别做出了相应的效率曲线,进而分析了变量液压泵效率变化规律及其在高效区工作需要满足的条件,为全液压推土机的变量泵的匹配与控制提供了依据。     

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.     

基于高速摄影技术的泵进水流道消涡试验分析

针对箱涵式进水流道底部易产生涡带的问题,根据涡管强度守恒定理提出了4种新型的消涡装置,为验证4种消涡装置的有效性,采用高速摄影技术分别对设置4种消涡装置的泵装置吸水喇叭管进口处的流态进行了摄影,成功捕捉到不同工况时涡带的生成,分析了有无消涡装置及2种新型消涡装置对泵装置能量性能的影响,分析表明,采用新型消涡装置不仅能消除箱涵式进水流道底部的涡带,还可改善喇叭管内部流态,提高泵装置的能量性能。     

泵站拦污栅及其清污研究进展

泵站拦污栅虽然是辅助设施，但对保证水泵机组安全、稳定必不可少。阐述了泵站拦污栅在应用过程中出现的阻水、振动、锈蚀问题和清污方面的研究进展，分析了拦污栅的水头损失：根据水泵装置特性研究了拦污栅及其污物阻水对泵机组运行的影响。介绍了国内外清污机械的研究概况：对拦污栅的结构形式作了分析，提出了拱形结构拦污栅。拦污栅的结构、布置和安装都应充分考虑来流污物的特性等因素。还应利用新材料和新技术来提高拦污清污性能和自身的稳定耐久性能；清污方式应充分考虑排灌泵站的运行和管理特点。     

泵站圆形进水池进水流态及水泵性能研究

结合某城市雨水污水合建式泵站水力模型试验，研究和分析了雨水污水合建式泵站圆形进水池的进水流态及进水流态对水泵性能的影响，提出了改善进水流态的措施，实施结果表明，采取所述措施后，有效地改善了进水流态和水泵运行工作性能，大大提高了泵站的工作效率。     

对提高水泵装置性能有关问题的再认识

根据国内近十多年来大型泵站工程建设的实践，分析了有关水泵模型装置试验、泵站进水设计模型试验等方面存在的问题；为实现水泵装置性能的进一步提高、满足南水北调东线工程建设的高标准、高要求，提出了建立具有权威性的独立实验室、对水力模型进行统一的测试、加大对原型泵生产监造的力度、重视泵站进水设计模型试验和出水流道优化设计等建议。     

水泵进水池模型试验新方法研究

针对我国目前水泵进水池模型试验相似准则不明确，忽视观测水泵进口流态和吸水管内涡流强度等缺陷，提出了水泵进水池模型试验研究的新方法。开敞式水泵进水池模型试验按弗劳德数相似准则模拟。不带泵进行试验，模型比尺的选取应保证一定的进水池宽度、水深和吸水管直径，从而提高试验结果的可靠性。模型试验应重点检查进水池中是否出现有害的水面涡和水下涡，控制水泵进口时均流速波动范围和吸水管内涡流强度的大小。     

低扬程泵装置效率与泵效率关系研究

低扬程泵站的泵效率与装置效率之间关系主要取决于流道的损失,在对现有研究两者关系的主要方法进行总结的基础上,根据大量的试验数据对现有的泵效率与流道效率乘积为装置效率的基本假定进行验证,发现基本假定存在矛盾;进而采用CFD方法对采用不同比转数叶轮的不同装置型式进、出水流道水力损失进行预测,分析流道损失的变化规律,提出装置效率可以采用泵效率与流道效率的乘积表述,但前提条件是流道损失必须是有泵时的水力损失,在泵最优工况点附近流道无泵损失表述的装置效率与实测结果是近似相等,因此在装置水力优化设计中需要考虑叶轮在内的全装置水力优化。     

蔺家坝灯泡贯流泵机组水力性能及结构分析

蔺家坝泵站作为我国首座采用齿轮箱传动的大型灯泡贯流泵机组的泵站,为使水泵装置具有较优的水力性能,采用CFD仿真技术对该灯泡贯流泵机组的流道进行了优化设计和计算,并与水泵装置模型试验结果进行了比较;重点分析了灯泡体的支撑结构、叶片调角机构、主轴密封装置、轴承布置、齿轮箱及同步电动机等主要设备的结构设计.结果表明：CFD仿真技术应用于灯泡贯流泵机组的水力性能优化是可行的,蔺家坝泵站采用大型灯泡贯流泵机组,在设计净扬程2.4 m工况下,水泵装置效率达到78%,且气蚀性能良好,技术参数均达到了南水北调东线工程的要求;大型齿联传动灯泡贯流泵机组的成功运行,为国内其他大流量低扬程泵站的机组选型、设计及制造提供了可借鉴的经验.     

水泵泵盖断裂原因初探

介绍了佛山市供水泵站水泵泵盖突然断裂的经过。通过对泵盖材质化学成分的检验以及金相组织的检查，初步分析结果：泵盖断裂与材料的机械性能、材料疲劳程度、加工精度等有关。提出了瞬时过负荷可能是泵盖断裂的另一原因，但因证据不充分而无法判定。导致泵盖断裂的原因有待进一步研究。