水泵全特性曲线的预测及对数值分析的影响

为了准确评估泵系统水力过渡过程特性并实施合理有效水的锤防护的重要边界条件,基于水泵全特性曲线的Suter曲线表达形式,提出基于牛顿插值算法的水泵全特性曲线预测方法,进一步给出一种利用水泵基本特性曲线来修正水泵全特性曲线的数值变换方法.通过与常用的水泵全特性曲线预测拟合方法的比较,以及在泵站系统过渡过程计算中的应用分析,结果表明:基于牛顿插值算法的水泵全特性曲线预测方法应用方便,相比于常用的基于拉格朗日插值算法的曲线拟合方法,牛顿插值预测方法能灵活适应基础拟合数据的扩充,而且预测得到的水泵全特性Suter曲线是合理可靠的.经过水泵基本特性曲线修正后的Suter曲线,在提高泵系统水泵稳态计算工作点精度的同时,能较准确地反映水泵全工况的流量特性和能量特性,满足泵系统过渡过程计算分析的精度要求.     

水泵水轮机全特性曲线的改进Suter变换

水泵水轮机的全特性曲线在水泵工况和反水泵区表现出"S"型特征,曲线存在交叉和重叠现象,这种流量和转矩的多值性会给过渡过程分析带来不便.采用改进的Suter曲线变换方法,将水泵水轮机在四象限内的全特性曲线转换为2组周期性变化的曲线,即WH(x,y)线和WM(x,y)线;在保持原有数据曲线特性不变的基础上,对水泵水轮机的全特性曲线进行了变换处理,然后采用最小二乘曲面拟合数学模型对变换后得到的WH曲线和WM曲线进行曲面拟合,得到了2组曲线的三维曲面拟合图.变换后的WH曲线和WM曲线平滑光顺,成为2组近似平行的曲线,消除了Suter转换曲线的分布不均匀和插值多值性等缺陷,从而消除了水泵水轮机全特性曲线在水泵和反水泵区的交叉和重叠现象以及曲线两端的分布不均匀现象,为水泵水轮机的过渡过程分析提供了方便.     

水泵水轮机全特性的改进Suter变换方法

水泵水轮机全特性曲线在水轮机飞逸工况区和反水泵工况区出现S型,在水泵工况区存在交叉和重叠现象,这种单位流量和单位转矩的多值性给过渡过程计算带来不便。通过分析Suter变换和改进Suter变换对水泵水轮机全特性曲线的处理效果,提出了一种新的转换关系式,重点消除了WM曲线交叉和分布不均匀等缺陷。在新变换的基础上利用MATLAB软件将变换后的特性曲线表达成三维曲面形式,提出了一种求取水泵水轮机组的转轮边界瞬态参数的新方法,并通过验证说明了该方法的有效性。     

混流式水泵水轮机全特性曲线S形区流动特性

混流式水泵水轮机转轮的离心效应较混流式水轮机明显,形成了全特性曲线上的S形特性。该S形区水泵水轮机流道内流动状况很不稳定,为了详细了解该区域的流动特性,选取等开度下水轮机工况、水轮机飞逸工况、零流量附近水轮机制动工况、零流量附近反水泵工况以及反水泵工况等5个工况点进行全流道定常流和非定常流数值分析。定常流动分析表明:全特性曲线上的S形区转轮和导叶流道内存在大量的涡,消耗了大量的水能,致使机组输出功率很小。非定常流场计算表明:在S形过渡工况区,蜗壳与尾水管直锥段内的压力脉动频率与幅值均相近,且幅值小;而导叶至叶片的无叶区和叶片进口的压力脉动幅值高,主要为高频脉动。     

不同特性泵串并联系统的性能预测

不同特性的离心泵串、并联工作的情况较多，运行较复杂。传统的性能预测方法不能得出水泵串并联系统的完全性能曲线。该文引入了水泵全特性中的两个制动工况，即正转倒流制动工况和正转正流制动工况，通过图解得到了两不同特性泵串、并联工作时的完全性能曲线；同时引入了泵的水泵工况和两种制动工况的性能曲线方程，通过理论方法计算出泵串并联系统的完全性能曲线。     

基于B样条的水泵效率特性曲线拟合方法

探索了基于三次均匀B样条的水泵效率特性曲线的拟合方法，以解决用一般的水泵效率特性曲线拟合方法存在的拟合精度不高或曲线形状畸变的问题．在给定分段节点横坐标的条件下．通过确定系数矩阵和反求曲线顶点，基于最小二乘法推导出最优节点的纵坐标公式．实例计算表明，采用该方法可以较好地拟合水泵效率特性曲线．     

基于BP神经网络拟合水泵特性曲线

通过试验的方法绘制出水泵的特性曲线是判断水泵是否满足设计要求的基础.特性曲线拟合的精度决定判断的准确性.人工神经网络具有较强的非线性处理能力和逼近能力.为此,在分析水泵性能试验及其特性曲线、阐明BP神经网络的方法理论及其特性的基础上,建立了BP神经网络拟合水泵特性曲线的模型,并加以应用.结果表明,其效果显著,具有工程应用价值.     

并联水泵单调速优化运行研究

利用最小二乘法对水泵性能曲线进行二次拟合,根据等扬程流量叠加原理建立了水泵并联运行曲线方程.对不同型号水泵配置的单调速泵站,通过建立的水泵并联调速运行方程和泵站的年供水规律,计算得到各供水指标下调速泵的调速比,可以实现完全通过改变水泵的特性来达到工况点改变的目的.     

基于B样条的水泵复杂特性曲线拟合方法

为适应水泵复杂特性曲线中存在大挠度和非等距测点的情况，探索了基于三次均匀B样条的曲线拟合方法。通过局部预测的方法引入新的型值点以克服曲线尖点拟合的困难。根据离散数据点连线的几何形状进行分段，基于最小二乘法分步优化节点的横坐标和纵坐标，得到了最优逼近的B样条拟合曲线。通过实例计算表明，该方法可以高精度地将全区域范围的水泵试验数据拟合成光滑的特性曲线，并能够消除因试验随机误差所引起的曲线扰动。     

水泵性能曲线的解析表达方法

用解析式表示水泵的性能曲线,可以方便地将水泵的特性存贮在计算机中,这样,就能够利用计算机快速查询水泵性能,或是进行水泵的计算机辅助选型设计。下面给出一种水泵性能曲线的解析表达方法。从水泵的性能曲线上比较均匀地查取多组数据(x_i,y_i)(i=1,2,…,m),这里x_i表示水泵流量,y_i表示水泵扬程,或是表示水泵效率。根据水泵性能曲线的几何形状,采用解析     

折引特性曲线法在扬黄灌溉泵站更新改造中的应用

水泵并联运行工况点的确定在泵站设计中占有极其重要的地位,关系着水泵选型的合理性和泵站运行的经济性。采用折引特性曲线法对某扬黄灌溉泵站不同型号水泵在相同水位下并联运行的工况进行分析,验证水泵选型和电机功率选择。     

大型梯级提水灌溉泵站水泵变频分析研究

以某扬黄工程梯级提水系统设计为模型,研究分析了在一级泵站取水系统已定,其余各级提水泵站级间泵站水泵和工作参数不同的情况下,以一级下游第一座泵站(二泵站)为例,对水泵特性曲线做定性相似分析,定量计算,根据首级泵站的提水灌溉流量需求,利用比例定律推算出水泵变频后的特性曲线,并对二泵站水泵工频和变频两种运行模式进行对比分析,确定二泵站水泵在各种灌溉提水流量下水泵运行工况点,合理确定水泵变频范围。该研究为大型梯级提水工程的水泵机组额定工况点的确定以及上下游泵站间的流量匹配提供了经验与参考。     

离心泵全特性若干问题研究

本文针对６ＳＨ－９型离心泵试验了各工况区多种转速下的全特性，由此分析了利用比例律推求全特性所产生的变异误差及苏特坐标曲线的误差，并从理论及试验两方面分析了同比速同系列泵及同比速同型式但系列不同的水泵全特性通用性问题，最后提出了根据水泵工况区特性预测水轮机工况区特性的计算方程，并同实测结果进行了比较，两者充分一致。     

多能互补发电系统的抽水蓄能机组启动过程

在以抽水蓄能为蓄能装置的多能互补发电系统中,抽水蓄能机组采用可逆式水泵水轮机机组.研究了机组在水轮机工况下和水泵工况下的启动过程特性对多能互补发电系统运行性能的影响,根据抽水蓄能过渡过程特性及可逆式水泵水轮机机组性能,建立了多能互补发电系统中抽水蓄能启动过程的数学模型.在水轮机工况下,其启动过程分为3个状态(0状态、空载状态、启动结束状态)、2个时段(从0状态到空载状态、从空载状态到启动结束状态);在水泵工况下,以关死功率为界限,分析了机组特性.由分析可知:抽水蓄能机组在水轮机工况下的空载开度及其所对应的流量可根据其飞逸特性曲线或水头特性曲线求取.在水泵工况下,当净负荷小于关死功率时机组不运行;当机组启动结束时,无论在何种工况下,如果净负荷值大于或等于额定功率,则机组均运行在额定工况下;如果净负荷值小于额定功率,则机组输出功率为净负荷值.     

改变导叶翼型对水泵水轮机“S”特性的影响

针对水泵水轮机“S”特性区域的不稳定性问题,提出使用改型活动导叶翼型进行性能提升．以某水泵水轮机模型为研究对象,采用SST k-ω湍流模型对水泵水轮机全流道进行三维数值计算,通过对活动导叶翼型的改型设计,得出流量-转速模拟曲线,分析水泵水轮机组“S”特性改善情况．将计算与试验结果进行对比,并对改型活动导叶翼型前后机组的无叶区进行压力脉动分析．结果表明：在保证整体效率依然保持在92%附近的前提下,新的活动导叶翼型对机组的“S”特性依旧具有改善效果;无叶区压力脉动主要是受到活动导叶叶栅区域的分流在此重新聚集影响,并且与转轮叶片的动静相互扰动引起的;改型后的活动导叶降低了无叶区的压力脉动幅值,提升了水泵水轮机运行中的并网稳定性．     

泵性能测试曲线分段最小二乘多项式拟合算法

针对现有水泵性能测试曲线拟合算法单一、对水泵非稳定性状态不规则、马鞍形等形状数据拟合精度差、近似效果不理想甚至丢失真实试验数据特性的现状,通过比较水泵性能曲线的各种拟合方法,分析了不同拟合方法在水泵特性曲线拟合中的优缺点,并针对特殊的水泵马鞍形性能曲线,设计了分段最小二乘多项式拟合方法.为了保证分段拟合曲线的连续可导性,在分段最小二乘拟合曲线的基础上,对各相邻分段曲线的分段点采用插值拟合的方法进行连接.最后通过试验验证,分别采用分段三阶最小二乘拟合算法和五阶最小二乘拟合算法对试验数据进行拟合,并对拟合结果进行对比分析.结果表明:采用分段最小二乘多项式的拟合方法对复杂特性曲线进行拟合,可以提高拟合曲线的拟合精度,并保证了拟合曲线的连续性.     

水泵水轮机飞逸稳定性及其与反S特性曲线的关联

抽水蓄能电站的安全稳定运行与水泵水轮机反S特性直接相关。在电站甩负荷工况下,时有发生调速器事故,导致水泵水轮机导叶拒动,使机组进入飞逸工况。而由于水泵水轮机的反S特性会使得机组参数不能像常规水轮机一样快速收敛,甚至出现振荡的现象,导致事故进一步扩大。针对布置有下游调压室的抽水蓄能电站,采用线性化处理方法获得了水泵水轮机反S特性曲线的传递函数,并建立了流道-水轮机-发电机耦合的常微分数学模型,并进一步推导了水泵水轮机飞逸工况稳定性的判别条件。结果表明飞逸振荡的现象由多种因素共同决定,其中水泵水轮机飞逸点的曲线斜率为关键因素。利用已建立的物理模型平台,对这些影响因素进行了分析,并验证了所得的理论分析结论。     

竖井贯流泵装置水力特性的数模分析

为了探讨水泵与进出水流道水力耦合所诱发的水泵装置水力特性畸变,选择了典型竖井贯流泵装置作为研究对象,采用雷诺时均的纳维-斯托克斯方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,首先数值模拟整体水泵装置的能量特性,并与模型试验结果进行比较。计算结果表明,在水泵装置运行净扬程0~1.22 m范围内,相同净扬程下的流量相对偏差小于3.53%,验证了三维建模、网格剖分和数值模拟方法的合理性。在此基础上,数模研究了不同工况下水泵与进出流道水力耦合与非耦合时的竖井贯流泵装置水力特性。研究结果表明:(1)耦合与非耦合时的进、出水流道水力损失变化规律差异显著;(2)小流量工况,水泵进口存在较大的速度环量诱导进水流道水流旋转,导致进水流道水力损失曲线畸变,水泵进口入流条件变差,并与水泵马鞍区显著关联,但大流量工况时耦合与非耦合特性差异较小;(3)水泵出口存在速度环量,导致出水流道水力损失曲线畸变,出水流道内存在螺旋流动,但随流量增大而减弱,水泵出口断面涡角随流量增大而增大。     

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...     

水泵水轮机不同导叶开口的驼峰特性

为研究水泵水轮机在不同导叶开口下的驼峰特性,对某一电站水泵水轮机模型水泵工况进行试验,得到不同导叶开口下的驼峰特性曲线,结果表明随着活动导叶开口减小,在低负荷区水泵工况扬程越高,扬程趋势越陡,同时驼峰现象更明显,但是驼峰区域变小.在试验研究的基础上,对该模型进行三维实体建模,并进行网格划分,采用SST k-ω模型、标准k-ω模型、RNG k-ε 模型和标准k-ε模型分别对19 mm活动导叶开口下各个工况点进行数值模拟,最终确定SST k-ω湍流模型能够较好地符合试验结果.分别选取13,19,25 mm活动导叶开口进行数值模拟,得到水泵工况的扬程、力矩和效率与流量的关系曲线,与试验结果对比,其变化趋势一致.针对19 mm活动导叶开口低负荷工况点、驼峰区工况点、最优工况点和超负荷工况点进行流动特性对比分析,表明驼峰特性与转轮流道内和固定导叶部分流道内的流动分离及旋涡有关.