可调叶片导叶式混流泵在我国调水工程中的应用

为提高导叶式混流泵的水力性能,开展了叶顶间隙、叶轮叶片数、叶轮叶片安放角和叶轮叶片厚度对导叶式混流泵水力性能影响的研究.运用cfd软件ansyscfx12.0,基于剪切应力输运(sst)湍流模型和simplec算法,采用分块结构化网格技术,对导叶式混流泵内流场进行了数值模拟.计算结果表明:导叶式混流泵的扬程、功率和效率都随叶顶间隙的增大而降低;扬程和功率随叶轮叶片数的增加而增大的幅值渐小,叶轮叶片数过多或过少对导叶式混流泵效率都不利;不同叶片安放角时扬程、功率的差别随流量增大而逐渐增大,通过叶片安放角的调整可实现泵最高效率点的偏移并改变高效区的范围;泵最高效率点随叶片厚度减薄而向大流量偏移,且最高效率有所提高.在满足制造工艺与安装要求的前提下,对影响导叶式混流泵水力性能的各因素进行优化选择可提高导叶式混流泵的水力性能.

混流泵汽蚀的产生将导致性能的下降,同时伴随着较大的振动和噪声.为分析导叶式混流泵的振动噪声特性并对汽蚀进行诊断预测,通过安装在导叶式混流泵机体不同监测点的加速度传感器以及泵入口段的水听器测试了混流泵的振动和噪声信号,利用1/3倍频谱信号分析手段对试验结果进行了进一步的分析,研究了混流泵内汽蚀时的振动噪声的特征和规律.试验结果表明,导叶式混流泵入口法兰位置及靠近入口的泵体位置处的振动信号对混流泵汽蚀较为敏感,可以用于监测混流泵汽蚀的发生;随着流量的增大,混流泵机体的振动信号可以用于监测其汽蚀特性的频段越来越宽;混流泵发生汽蚀时入口辐射噪声呈现出先增大,达到极值后又逐渐减小的趋势;泵入口处的低频段辐射噪声可以用于监测混流泵汽蚀的发生.

混流泵比转速一般在300至500之间，介于离心泵和轴流泵之间，具有流量大、扬程高等特点，因此广泛应用与农业、工业和生活生产中。叶轮作为混流泵的核心部件，其设计的好坏对混流泵的性能有着重要的影响，要想设计出满足特殊用泵行业的混流泵叶轮，就必须根据已有设计产品，针对现场运行环境等条件，对已有的混流泵模型进行优化设计，优化出满足性能指标、能使机组安全稳定运行的混流泵叶轮模型。

一、前言轴流泵和导叶式混流泵,主要用于水利、市政、电厂和船坞等部门的供排水,在核电、舰船的喷水推进方面也得到了重要应用。为了给南水北调等工程提供优秀水力模型,进行了轴流泵、贯流泵、双向泵和导叶式混流泵水力模型的试验研究,这些模型已在南水北调等工程中得到了应用,并用其中一些模型进行了几个具体

本文论述并比较了目前工程实践中双向抽水泵站的几种实施方式,针对潜水泵的技术特点,提出一种半可调导叶式潜水贯流泵的设计思路,用实例论述其实施方式,并在工程实践中获得运用,取得了良好效果。

运用商用软件fluent,采用雷诺时均n-s方程、标准k-ε湍流模型、流体机械模型中的多重参考坐标系模型(mrf),对不同安放角的3个高比转速混流泵模型进行了数值模拟与结果分析.主要分析了设计工况下0°安放角的模型叶轮进口最高点截面的绝对速度和静压分布.详细分析和比较了3个模型的叶片压力面静压分布云图、叶片压力面相对速度分布云图、导叶压力面静压分布云图,捕捉到了安放角为+4°时叶片进口接近轮缘处流体撞击轮缘形成的小回流.简要分析了安放角为0°的模型泵导叶压力面相对速度分布,可知导叶充分发挥了其转能与消除环量的作用.分析结果揭示了高比转速混流泵内部流动规律.

利用有限元分析软件数值求解不同工况下混流泵的内部流场,了解前置导叶调节工况的基本规律,以改善混流泵在非设计工况运行时的水力性能。在叶轮叶片进口部位读取液流流入叶轮时绝对液流角、相对液流角、和绝对速度圆周分量的值,分析其随前置导叶安放角改变而变化的规律。结果表明,叶轮进口绝对液流角小于前置导叶安放角,流量越小相差的幅度越大;大流量工况下进口预旋调节的效果比小流量工况更为明显;在一定流量范围内,通过进口导叶调节使得叶轮进口液流满足无冲击进口或者较小冲角进口条件,可有效地改善混流泵在非设计工况的水力性能。

借鉴泵叶轮的反问题设计理论,用fortran语言编程实现了高比转数混流泵空间导叶的水力设计。提出了采用流线迭代法求解轴面流动,应用逐点积分法进行导叶叶片绘型,在保角变换平面上加厚叶片和修圆叶片头部、尾部的基本理论和方法;讨论了导叶叶片安放角分布规律、叶片出口边位置对设计计算结果的影响。该方法设计计算精度高,能得到光滑的叶片表面、齐全的叶片表面数据,便于数控机床加工制造。

采用高质量结构化网格离散混流泵计算域,基于雷诺时均(rans)方程和剪切应力输运(sst)湍流模型对混流泵内流场进行数值模拟。采用多种定性和定量指标对不同叶轮叶片厚度时混流泵的扬程、功率和效率特性及叶轮进、出口的流场流动情况进行对比分析。结果表明:在相同流量下,随叶轮叶片厚度减薄,泵的扬程和功率增加,且最高效率点向大流量工况偏移,最高效率略有升高;叶轮叶片厚度减薄提高了流场流动均匀度,改善了叶片表面压力分布情况,使空化性能得以改善。

根据南水北调东线一期工程睢宁二站的建设需要,为检验预测泵装置的水力性能,对睢宁二站立式导叶式混流泵装置进行了模型试验研究。研究结果表明,经优化水力设计的立式导叶式混流泵装置获得了十分优异的水力性能,设计工况点泵装置效率超过83.5%、临界空化余量小于6m,最高效率达83.91%,为南水北调东线一期工程泵站中最高。该泵装置的研究成果对国内同类型泵站的设计建设具有一定参考价值。

为了分析叶轮叶片厚度和导叶叶片厚度对混流式核主泵能量性能的影响,分别设计了3种不同叶片厚度的叶轮和3种不同叶片厚度的导叶,建立不同叶片厚度下的9种方案,通过数值模拟的方法分析了9种方案在设计工况下混流泵水力性能的变化情况。结果表明:叶轮叶片厚度变化对混流泵水力性能的影响明显高于导叶叶片厚度,且导叶叶片厚度变化对混流泵水力性能的影响不大。

分部工程名 称 专业工长 分包项目经 理 序 号 1 2 3 4 1 2 3 4 5 gb50275 设备基础尺寸、位置、标高第4.1.2条 第4.1.3条主 控 项 目 第4.4.1条 立式轴流泵和导叶式混流泵安装分项工程质量验收记录表 工程名称 施工单位 分包单位 项目经理 施工班组 长 泵－02 施工执行标准名称及编号 监理（建设） 单位验收记录 泵的开箱检查 泵的清洗和检查 检验项目施工单位检查评定记录 验收部位 标高 单层基础的泵，驱动机水平 度 双层基础的泵，驱动机水平 度 解体泵组装 纵、横向中心线 泵的试运转第4.4.5条 10.0㎜ ±10.0㎜ 0.05/1000㎜ 第4.4.4条 年　　月　　日 一 般 项 目 0.2/1000㎜ 监理（建设） 单位验收结论 监理工程师（建设单位项目专业技术负责人） 年　　月　　日 施工单位检 查评定结果 专业技术

以引大济湟调水工程为例,介绍调水工程供需分析重点工作内容和主要技术方法,研究调入区、调出区供需平衡分析,初步确定可调水量。

以木薯为原料生产燃料乙醇中,易出现再沸器列管堵塞,直接影响设备换热效果,制约生产。通过优化再沸器物料循环混流泵叶轮,延长再沸器运行周期。

为了研究斜流泵叶轮和导叶由于动静相干作用(rsi)而引起的压力脉动规律,基于标准k-ε湍流模型、simplec算法和滑移网格技术,根据叶轮和导叶叶片数及其叶片厚度设计了多种计算方案,并对不同方案的斜流泵模型进行了非定常数值模拟.采用叶轮进口、叶轮出口和导叶内部布点监测压力的方法获得了压力脉动曲线,并基于时域图分析了叶轮叶片数、导叶叶片数及其厚度对斜流泵内部压力脉动特性的影响.数值计算结果表明:斜流泵叶轮叶片动静干涉对整个流场的压力脉动影响较大,叶轮叶片数越少,叶轮进、出口压力脉动幅值越大;在设计工况下,导叶内部的压力脉动波形主要受叶轮叶片数影响,而导叶厚度对导叶内部压力脉动影响较小.研究结论将为斜流泵的设计和稳定运行提供参考.

随着变频技术的日益成熟,变频设备在水利、电力、煤矿、化工等行业得到了广泛的应用。变频技术在生产运行过程中根据实际工艺需求,改变设备运行频率,使设备在运行中达到最节能运行效果,符合当今工业发展的节能减排的发展趋势。但是变频器是否适用于所有的机电设备,是否能够真正的达到高效、安全、节能的效果,这还需要在各种工程的实际应用中慢慢总结相关经验。本文主要论述的是变频器在引调水工程中的应用,并结合工程实例论述变频器设备在引调水工程中的实际作用及工程效益。

文章通过某调水工程实例,总结bim技术在水利工程勘测设计领域,各专业的使用方法和技巧,开发利用三维信息模型设计的优势,研究探讨提供协同设计、优化效果输出、提高工作效率等方面的可行性。为该技术在水利工程勘测设计领域全面展开使用,并应用于工程全生命周期,打造工程数字信息一体化,提供技术借鉴和参考经验。

风扇是车辆冷却系统的主要部件，当前应用比较广泛的是轴流式风扇，为了提高风扇的冷却能力，对改进的某型轴流式风扇进行实验研究和数值模拟。实验结果表明，轴流式风扇加装后导叶片质量流量提高约20％，加装前导叶片质量流量提高约15％，在提高质量流量方面加装后导叶要优于加装前导叶。加装导叶片能在相同转速下显著增加风扇的质量流量，提高冷却性能。以前导叶为例，运用numeca软件进行数值模拟计算，数值模拟结果与实验较吻合。

某电厂一锅炉送风机在投入运行较短时间内即发生叶片断裂事故,严重影响了电厂的安全经济运行。通过化学成分分析、金相检验、力学性能测试、断口分析和能谱微区成分分析等方法对叶片断裂的原因进行了分析。结果表明:导致叶片断裂的主要原因是叶片质量不合格,叶片上存在着十分严重的裂纹类原始缺陷;另叶片材料化学成分不合格,存在较多的铸造疏松缺陷,塑性和韧性较差等也是导致其早期断裂的原因。

通过cfd软件numeca对带有可调进口导叶的离心式压缩机的首级进行全通道数值模拟。通过改进导叶叶型以满足离心压缩机流量调节性能的要求。结果表明,与原始叶型相比新叶型的耗功情况和效率变化不大,但调节范围扩大;弯叶型的流量调节能力高于直叶型,而且导叶弯度越大,调节范围越大。选取合适的导叶叶型有利于降低离心压缩机的运行成本。

提出叶片可调单机组日运行优化动态规划数学模型,以耗电费用最少为目标函数,峰谷电价与站下水位变幅过程划分阶段变量,各阶段开机水泵的叶片安放角为决策变量,规定时段内的抽水量为约束条件。以受长江潮汐影响的江都四站为例进行计算,结果表明:(1)在典型潮位过程、设计日均扬程、机组满负荷工作时,叶片可调单机组日运行优化结果与叶片安放角维持原设计安放角相比可节省电费5.24%;叶片安放最优角度与峰谷电价相关,峰电时为-4°,非峰谷与谷电时为+2°。(2)在潮型不变情况下,日均扬程分别为4.8、5.8、6.8、7.8和8.3m时,叶片全调节运行方式与叶片维持原设计安放角相比,可节省费用在3.4%～6.2%之间,平均节省费用4.45%,单位提水费用平均下降4.55%。

提出了用正反问题迭代法设计混流泵叶轮的新方法。该方法能够有效地弥补传统方法设计叶片时轴面流动的计算仅满足流体连续方程的缺陷,同时考虑了叶片形状对轴面流场计算的影响。通过两类相对流面迭代求解流体连续方程与运动方程,完成设计叶轮的正问题计算。采用逐点积分法进行叶片骨线绘型,在轴面上加厚叶片,在保角变换平面内修圆叶片头尾部,完成反问题设计。正反问题迭代计算直至收敛,最终完成混流泵叶轮的设计。采用simplec算法,通过求解navier-stokes方程和rngk-ε湍流模型方程,模拟了混流泵叶轮内的三维流场,获得了叶轮内的速度与压力分布。结果表明:正反问题迭代方法设计的叶片对于水流的控制能力增强,叶轮内部流动稳定,压力分布均匀,具有更优的水力性能。