南水北调东线工程睢宁二站进出水流道优化设计

睢宁二站是南水北调东线工程江苏省境内第五个梯级提水泵站,属于大型Ⅰ等、中高扬程、扬程和特征参数变幅较大的泵站,运行工况复杂,技术难度较高。本文结合工程特点,通过进水流道流动模拟及优化水力计算,最终选定泵站的进出水流道模型。     

轴流泵水力模型内部流动数值模拟

为满足南水北调东线工程对大量优秀的高比转速轴流泵的需求,采用不同于传统升力法和圆弧法的流线法设计了系列轴流泵水力模型,提出了从轮缘到轮毂线性修正的叶轮叶片环量分布规律,冲角按轮毂到轮缘增加的方式选择,取值范围为0°~3°,比转速越大,冲角取值越小.采用标准k-ε紊流模型和SIMPLEC算法计算了轴流泵水力模型三维定常流场,数值计算结果表明,数值模拟的性能曲线与同台测试的性能曲线基本吻合,叶轮轮缘的参数是水力模型高效率的关键,该系列模型实现了更高的效率和更宽的高效区特性,在南水北调东线一期工程4座泵站中得到应用。     

斜轴伸泵装置水动力数值计算与模型试验

为研究斜轴伸泵装置的水动力特性,基于ANSYS CFX软件采用RNG k-ε湍流模型和可伸缩壁面函数对泵装置进行三维粘性湍流定常数值计算,计算区域包括叶轮、导叶和进、出水流道,共计算包括设计工况在内的9个工况点。计算结果揭示出该泵装置的内部流动特性,分析在叶轮旋转条件下斜15°进水流道出口断面的水力性能及其对叶轮进口断面相对高度位置的影响和叶轮受水流作用力的分布规律,并探讨水力矩的变化规律及翼型附近的相对流速分布,给出参考的叶轮名义安装高度取值范围(0.7～0.9)D。通过数值计算预测了模型泵装置的水力性能并与物理模型试验结果进行对比,预测的效率值和试验值最大绝对误差为5.01%,最优工况与设计工况时扬程的相对误差、效率的绝对误差均在3.5%以内。     

双向轴流泵模型装置对比试验研究

针对南水北调东线工程中低扬程双向轴流泵站选择比转速接近的3组水力模型进行了能量和空化特性的对比试验，按照综合最佳的原则，选用合理的水力模型和相应的水力部件；对所选择的模型进行装置参数的水力优化和对比试验，结果表明优化后的最优效率提高了2．7％，而且高效区范围增大。     

南水北调东线工程用泵水力模型设计与选型

为满足南水北调东线工程泵站的高效率、高可靠性的要求,提出了水泵水力模型针对性设计的概念。考虑泵装置中水泵性能的变化,采用等扬程、加大流量的方法初步确定水泵的设计参数。采用CAD技术与CFD计算相结合设计水泵水力模型。通过叶轮轮毂比、叶栅稠密度等主要几何参数的优化,以及导叶设计工况点的调整,实现水泵水力模型向高效区的移动,满足具体泵站运行工况的特殊要求,实现水泵装置综合水力性能的优化。     

南昌市新洲老泵站改建工程潜水泵装置模型试验研究

经多种泵型方案比较,新洲老泵站改建工程确定采用2台大型立式潜水轴流泵装置,配套电机功率800 kW,泵与潜水电机直联。进水流道采用簸箕型流道,出水流道为井筒式。为了预测大型潜水泵装置的水力性能,在中水北方勘测设计公司的水力模型通用试验台上进行了该装置的模型试验,主要包括:能量特性试验、空化(汽蚀)特性试验及空化气泡发生发展情况观察试验、飞逸性能、进水流道压差测流等项目。获得结果:在试验转速1450 r/min下,泵装置效率为64%的高效区覆盖了叶片角度范围-4°~+2。、泵装置扬程范围3~4.5 m的区域,最高效率65.01%;在装置运行工况范围内,临界空化余量均小于6.5 m。     

南水北调东线工程睢宁二站导叶式混流泵装置模型试验分析

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6 m,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。     

高比转数轴流泵水力模型设计与紊流数值分析

为满足低扬程泵站工程建设的需要,采用简单径向平衡流动模型和二维叶栅面元法叶片造型方法设计高比转数轴流泵水力模型。并用RNG k-ε紊流模型对水力模型进行数值分析,分析过程考虑了叶轮叶顶间隙的影响。模型试验表明,设计点相当准确。数值分析在设计点附近精度较好,能满足工程应用的要求,但在非设计工况误差较大。计算还表明,叶轮在正扬程时就出现了负的轴向力,从而解释了立式泵在低扬程运行时的抬机现象。     

南水北调东线工程睢宁二站主泵参数优化设计研究及选型

睢宁二站是南水北调东线一期工程江苏省境内第5梯级提水泵站,属于大型Ⅰ等、中高扬程泵站,其扬程和特征参数变幅较大,运行工况复杂,建造技术难度较高。结合工程特点,通过水力模型的比对、叶片调节方式的研讨、流道型式及断流方式的评估,最终选定导叶式混流泵为机组类型,配套肘型进水、虹吸出水流道,可有效加大机组容量,增大水泵调节范围,优化运行方式。     

大型双向流道泵装置优化与试验研究

引江济淮工程枞阳泵站采用双向流道立式轴流泵装置型式。根据枞阳泵站的控制性尺寸,对双向进出水流道进行了参数化数学建模。基于Isight多学科优化平台,搭建了双向进出水流道的水力优化设计平台。采用多岛遗传算法对优化目标进行寻优,得到了高效双向进出水流道型线优化结果,并与TJ04-ZL-20水力模型匹配得到高效泵装置。通过泵装置模型试验可知,枞阳泵站模型泵装置在装置扬程为5.67 m时,泵装置最高效率达到78.59%,已达到了单向立式泵装置的较高水平,为双向流道立式泵装置的进一步推广和应用提供了参考。     

基于人工蜂群算法的供水泵站运行优化研究

针对泵站普遍因存在供需不平衡、管理差等而造成大量能源浪费的问题,对泵站系统扬程、效率偏差情况进行分析,明确了系统供需间的差异情况,利用灰色关联度法,对泵站目标电耗的影响因素进行关联度分析,确定了扬程、效率、流量3个影响因素关联度大小。建立以单位产量电耗最小为目标函数的优化调度模型,并结合泵站实际情况,运用人工蜂群算法(Artificial Bee Colony,ABC)进行寻优计算,得出运行优化方案,得到系统在不同流量、扬程需求下的最佳开机台数及调速比,表明了ABC算法在泵站优化的实用价值。     

Optimal Operation for Baoying Pumping Station in East Route Project of South-to-North Water Transfer

Baoying pumping station is a part of source pumping stations in East Route Project of South-to-North Water Transfer in China. Aiming at the characteristics of head varying, and making use of the function of pump adjustable blade, mathematical models of pumping station optimal operation are established and solved with genetic algorithm. For different total pumping discharge and total pumping volume of water per day, in order to minimize pumping station operation cost, the number and operation duties of running pump units are respectively determined at different periods of time in a day. The results indicate that the saving of electrical cost is significantly effected by the schemes of adjusting blade angles and time-varying electrical price when pumping certain water volume of water per day, and compared with conventional operation schemes (namely, the schemes of pumping station operation at design blade angles based on certain pumping discharge), the electrical cost is saved by 4.73%-31.27%. Also, compared with the electrical cost of conventional operation schemes, the electrical cost is saved by 2.03%-5.79% by the schemes of adjusting blade angles when pumping certain discharge.     

基于排列熵的泵站压力管道运行状态监测

为实现泵站管道工作状态的在线监测,保障其安全稳定运行,提出一种基于排列熵算法(permutation entropy,简称PE)的泵站压力管道监测方法。该方法充分发挥排列熵算法计算简单和敏感度高等优点,适宜于处理非线性、非平稳信号,通过在关键部位设置传感器获取泵站管道的振动信号,利用信号子序列熵值的变化判断泵站管道振动状况。将该方法应用于景电工程二期七泵站管道的运行监测,通过设置不同的运行工况进行实例验证。结果表明,在开关机组瞬间,振动信号子序列熵值的最大幅差达到0.37,机组稳定运行期间子序列熵值的最大幅差仅为0.07,根据其熵值的变化可快速方便地识别出泵站管道的运行状态,具有较高的精度与可靠度。该方法为泵站管道运行状况的在线监测提供了新思路,为结构下一步安全诊断工作提供基础,具有较好的工程实用性和推广价值。     

Experimental study on two-way flow passages in pumping system

Based on the model test of pumping system with two-way flow passages, the flow characteristic and flow pattern in two-way outflow passage are specially observed and analyzed. The various schemes are compared by means of test and the measures for improving flow pattern in outflow passage are come up with by the authors. This research possesses reference value for pump selection and flow passages design of analogous pumping station. This paper was presented at the 9^th Asian International Conference on Fluid Machinery (AICFM9), Jeju, Korea, October 16–19, 2007.     

轴伸式贯流泵装置全流场三维湍流数值模拟

为探讨轴伸式贯流泵装置双向运行时的内部流动结构并进行性能预测,应用三维湍流Navier-Stokes、Realizable 两方程湍流模型、壁面函数法和滑移网格技术,进行泵装置双向运行时的全流场三维湍流数值模拟研究。计算所采用的模型贯流泵具有特定的S形叶片及正向运行时的后置弯曲导叶。研究结果揭示了贯流泵装置正、反向运行时的全流道速度等值线、静压等值线、出水流道断面矢量及出水流道的流线形状特征,探讨在泵装置实际安装条件下泵与流道的相互影响,进行泵装置性能的数值模拟预测,并与试验结果进行比较分析。数值模拟结果表明,泵段的出口流态及导叶对流道的流动结构有很大的影响,扩散形流道对流道进口流态反映敏感,无导叶的直形泵装置出口扩散流道内的流动为轴向旋涡、环形旋涡、轴向流动的叠加,数值模拟计算预测泵装置性能的方法是有效、可行的,能够满足工程需要。     

HYDRAULIC CALCULATION AND MEASUREMENT OF FLOW FIELD WITHIN INLET PASSAGE OF LARGE PUMPING STATION

ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮＡＮＤＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＯＦＦＬＯＷＦＩＥＬＤＷＩＴＨＩＮＩＮＬＥＴＰＡＳＳＡＧＥＯＦＬＡＲＧＥＰＵＭＰＩＮＧＳＴＡＴＩＯＮＨＹＤＲＡＵＬＩＣＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮＡＮＤＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＯＦＦＬＯＷＦ...     

用可调进口导叶调节特性的大型混流泵

阐述了大型混流泵采用可调进口导叶调节特性的原理、技术特点和结构设计 ,介绍了带可调进口导叶的SEZ2 0 0 0— 1 62 5VR型泵的具体结构和运行效果。     

排水泵站快速闸门与压缩空气的联合运用

针对排水泵站快速闸门在实际运用中出现的问题，提出减小门体下落阻力和闸门止水问题的改造方案，采用压缩空气技术配合快速闸门启闭的新方法，使带虹吸式出水流道的排水泵站在防洪排涝期间出现超驼冷水位时能够完成机组启动、事故停机，以及防止江水倒灌等技术任务。     

景电工程泵站前池水位的调节控制

在电力提灌多梯级泵站的运行中,泵站前池水位的平衡调节是工程运行管理特别是运行调度管理的难点。实现泵站前池水位科学合理调节,将对节约能源,保证工程设施及机电设备的安全运行,提高干渠水利用系数,充分发挥工程经济效益均具有十分重要的作用。笔者就景电工程泵站前池水位调节控制的必要性、依据和调节控制的模式进行阐述。     

基于无线通信的行车调度系统研究和改造

以行车为对象,设计了一种行车无线通信控制系统,该系统由无线通信主站和行车接收显示从站组成,主站通过广播发送形式将数据信息同步传输给从站。XCOM是自主研发的一套通信中间软件,用来替代传统的通信方式,实现主站和从站之间的数据通信,提高了传输的稳定性,降低了数据丢包率。