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.     

大型灯泡式贯流泵CFD计算

大型灯泡式贯流泵在国内的研究与运用远远滞后于水轮机,导致国内低扬程泵站的选型一直突破不了传统的结构模式。为了研究解决国内低扬程泵结构选型问题,结合南水北调东线工程的蔺家坝泵站大型灯泡贯流泵,对适用低扬程工况的大型灯泡式贯流泵结构形式、流道水力损失、压力分布、流速分布进行了流体数值计算,并与模型试验作了比较。结果表明,流体数值计算的结果与试验数据非常接近,这为今后国内低扬程泵站设计选型提供了参考。     

后置灯泡式贯流泵装置水力模型

为了能够满足在南水北调东线一期工程中低扬程大流量工况的要求,针对南水北调金湖等泵站研制开发的贯流泵装置水力模型,利用FLUENT软件进行了CFD流场计算分析,并进行了反复试验和优化设计.经过江苏大学初试和河海大学复试,结果基本相符.模型在2.82 m扬程下,流量为342 L/s,效率达到79.05%,汽蚀比转速为1 105;装置模型流量大,效率高,综合性能指标达到南水北调工程经国际招标的同类装置模型的先进水平;在3 m扬程下和相同性能的立式轴流泵相比,效率约提高5%,流量提高10%以上,综合性能优势明显.     

邳州站竖井式贯流泵装置模型试验研究

根据南水北调东线一期工程邳州站建设的需要,在该站进出水流道优化水力设计研究的基础上,对前置竖井式贯流泵装置进行了泵装置模型试验研究。结果表明,经过优化水力设计的前置竖井式贯流泵装置试验方案SJGL—2010-01和SJGL—2010-02的主要工况点泵装置效率分别超过了82%和83%,泵装置临界空化余量NPSHc均优于5m;前置竖井式贯流泵装置不仅具有投资较少、结构较简单、安装维护方便等优点,而且水力性能优异,在低扬程泵站具有十分广阔的应用前景。     

新技术新材料新工艺在江都三站的应用

江都水利枢纽工程第三抽水站是我国首座抽水、发电两用的可逆式大型泵站。总结了TJ05-ZL-01水力模型和变频发电新技术,弹性金属塑料瓦新材料,水泵部件五轴联动数控机床加工、堆焊等新工艺在南水北调东线工程江都三站加固改造过程中的具体应用,确保了泵站安全可靠运行,充分发挥了泵站工程效益,达到了南水北调东线工程江都三站改造工程"设备一流、性能优秀"的设计初衷。实践也证明了这些新技术新材料新工艺在江都三站加固改造工程中的应用是成功的。     

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.     

低扬程立式泵装置流道优化及模型试验研究

为了在低扬程条件下实现较好的水力性能,分别对南水北调东线一期工程的长沟站和邓楼站的进、出水流道进行了优化水力设计和泵装置模型试验研究。结果表明,经过优化水力设计的长沟站和邓楼站立式泵装置在4m以下的低扬程条件下得到了优异的水力性能,设计扬程和平均扬程工况点的泵装置效率均达到78%、临界空化余量均小于6m。     

贯流式机组在南水北调工程中的应用研究

根据南水北调工程中许多泵站扬程特低的特点，分析了不同结构型式的贯流式机组结构型式、水力性能和技术经济指标，指出在特低扬程的泵站可以采用轴伸贯流式、竖井贯流式和灯泡贯流式等多种结构型式，其关键在于必须解决水导轴承的材料和润滑方式以及齿轮箱的使用寿命和噪音等问题。     

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。     

轴流泵水力模型同台测试结果及选型分析

通过对天津同台测试结果进行分析总结，可为泵站设计中的水泵选型提供参考．根据叶轮主要几何尺寸和扬程流量性能曲线的斜率来划分轴流泵水力模型的扬程范围。能简化水力模型的比较方案．为了兼顾各种特征扬程工况下的运行效率和可靠性，在水力模型初选阶段提出了选型名义扬程的概念．针对选型名义扬程。采用等扬程和加大流量的方法，并参照南水北调东线泵站工程规划和初步设计成果进行水力模型的选择，能确保泵装置获得更高的加权平均效率、分析了模型泵装置安装精度、叶轮叶片厚度，以及叶轮叶片叶尖径向间隙对试验结果的影响，在分析试验数据可比性的基础上提出了方案比较时应注意的问题．随着水泵CAD和CFD技术的发展。不同泵站水泵水力模型应更多地考虑进行针对性设计．     

低扬程泵装置停泵过渡过程分析

针对大型低扬程泵站进出水流道较粗且较短的具体特点,忽略弹性水锤的影响,利用刚性水锤理论,并结合泵装置管路特性、泵机组的动力学特性和相似理论,建立事故停泵时泵的边界条件方程,得出大型低扬程泵站停泵过渡过程动态特性简易计算方法的数学模型和求解方法。通过具体计算实例与工程现场实测结果的比较,表明提出的计算模型是正确的。该数学模型对我国泵站工程设计和安全运行有一定参考价值。     

农村水池工程中的泵站及电气设计

农村水池工程事关千万农民的切身利益,泵站是该工程的心脏、核心,它的成功与否直接影响着供水工程。水池泵站涉及到的内容较多,本文主要通过泵站水力机械设备的选择、泵站电气设备的选择两方面的内容说明水池泵站的设计。该设计通过专家论证已用于内官水池建设项目,系统运行两年来一直比较稳定,取得了良好的社会效益和经济效益。     

低扬程泵装置起动虹吸驼峰压力分析

分析了低扬程泵装置流道内空气的动力学特性、管道内的非恒定流以及水泵的动力性能，结合实测的泵机组起动转速变化规律，提出了起动过渡过程中虹吸驼峰压力变化近似计算的数学模型，动态参数数值计算则通过构建数学模型的有限差分，组成非线性方程组，利用牛顿一莱福森法(Newton—Raphson)对泵流量、扬程、驼峰压力和下降段排出流量迭代求解。     

现代化大型泵站与南水北调东线工程的设计与研究

我国正在进行大规模的水利现代化建设，南水北调东线工程的建设对大型泵站提出了更高的要求，为了规范大型泵站现代化建设和管理方向，为南水北调东线工程大型泵站规划、设计、建设、选型、管理和已建大型泵站的技术改造提供依据，文章初步探讨了现代化大型泵站的界定、内涵、指导思想、总体要求和建设与管理标准。     

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.     

大套第三抽水站辅助设备能耗计算分析

为了解大型泵站辅助设备的能耗情况,以江苏省通榆河北延送水工程大套第三抽水站为例,介绍了大套第三抽水站辅助设备设置情况;通过分析各类辅助设备的运行情况,系统计算了辅助设备运行能耗,分析了各类辅助设备能耗的特点.结果表明,大套第三抽水站辅助设备耗能约占泵站总能耗的3.13%,其中,照明、清污和电机通风等能耗所占比例较大,各占辅助设备总能耗的1/3左右.成果可为大型泵站辅助设备的设计与节能提供参考.     

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．     

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.     

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。     

多级提水泵站优化调度研究

泵站可用于田间配水、城市用水,多级泵站大多建在西北黄土高原地区,由于各区域用水分布不均,输水系统复杂以及运行管理等问题,多级提水泵站需要进行系统的优化调度。以某多级提水泵站为研究对象,当泵站在正常情况下运行时,即流量为6.1 m^3/s,对于泵站级间采用粒子群算法,优化结果与实际运行情况相比,各级泵站水位发生微调,在该流量下水位实现一个相对较好的组合,单位时间内可节约1.66%的能量,一年大约可节约98万kWh。优化后多级泵站从整体降低了能耗,在尽可能提高其运行效率、降低能耗的基础上,使其在安全、经济的情况下运行。