可調(diào)葉片導(dǎo)葉式混流泵在我國調(diào)水工程中的應(yīng)用

為提高導(dǎo)葉式混流泵的水力性能,開展了葉頂間隙、葉輪葉片數(shù)、葉輪葉片安放角和葉輪葉片厚度對導(dǎo)葉式混流泵水力性能影響的研究.運(yùn)用cfd軟件ansyscfx12.0,基于剪切應(yīng)力輸運(yùn)(sst)湍流模型和simplec算法,采用分塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù),對導(dǎo)葉式混流泵內(nèi)流場進(jìn)行了數(shù)值模擬.計算結(jié)果表明:導(dǎo)葉式混流泵的揚(yáng)程、功率和效率都隨葉頂間隙的增大而降低;揚(yáng)程和功率隨葉輪葉片數(shù)的增加而增大的幅值漸小,葉輪葉片數(shù)過多或過少對導(dǎo)葉式混流泵效率都不利;不同葉片安放角時揚(yáng)程、功率的差別隨流量增大而逐漸增大,通過葉片安放角的調(diào)整可實現(xiàn)泵最高效率點的偏移并改變高效區(qū)的范圍;泵最高效率點隨葉片厚度減薄而向大流量偏移,且最高效率有所提高.在滿足制造工藝與安裝要求的前提下,對影響導(dǎo)葉式混流泵水力性能的各因素進(jìn)行優(yōu)化選擇可提高導(dǎo)葉式混流泵的水力性能.

混流泵汽蝕的產(chǎn)生將導(dǎo)致性能的下降,同時伴隨著較大的振動和噪聲.為分析導(dǎo)葉式混流泵的振動噪聲特性并對汽蝕進(jìn)行診斷預(yù)測,通過安裝在導(dǎo)葉式混流泵機(jī)體不同監(jiān)測點的加速度傳感器以及泵入口段的水聽器測試了混流泵的振動和噪聲信號,利用1/3倍頻譜信號分析手段對試驗結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步的分析,研究了混流泵內(nèi)汽蝕時的振動噪聲的特征和規(guī)律.試驗結(jié)果表明,導(dǎo)葉式混流泵入口法蘭位置及靠近入口的泵體位置處的振動信號對混流泵汽蝕較為敏感,可以用于監(jiān)測混流泵汽蝕的發(fā)生;隨著流量的增大,混流泵機(jī)體的振動信號可以用于監(jiān)測其汽蝕特性的頻段越來越寬;混流泵發(fā)生汽蝕時入口輻射噪聲呈現(xiàn)出先增大,達(dá)到極值后又逐漸減小的趨勢;泵入口處的低頻段輻射噪聲可以用于監(jiān)測混流泵汽蝕的發(fā)生.

混流泵比轉(zhuǎn)速一般在300至500之間，介于離心泵和軸流泵之間，具有流量大、揚(yáng)程高等特點，因此廣泛應(yīng)用與農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活生產(chǎn)中。葉輪作為混流泵的核心部件，其設(shè)計的好壞對混流泵的性能有著重要的影響，要想設(shè)計出滿足特殊用泵行業(yè)的混流泵葉輪，就必須根據(jù)已有設(shè)計產(chǎn)品，針對現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境等條件，對已有的混流泵模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化出滿足性能指標(biāo)、能使機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的混流泵葉輪模型。

一、前言軸流泵和導(dǎo)葉式混流泵,主要用于水利、市政、電廠和船塢等部門的供排水,在核電、艦船的噴水推進(jìn)方面也得到了重要應(yīng)用。為了給南水北調(diào)等工程提供優(yōu)秀水力模型,進(jìn)行了軸流泵、貫流泵、雙向泵和導(dǎo)葉式混流泵水力模型的試驗研究,這些模型已在南水北調(diào)等工程中得到了應(yīng)用,并用其中一些模型進(jìn)行了幾個具體

本文論述并比較了目前工程實踐中雙向抽水泵站的幾種實施方式,針對潛水泵的技術(shù)特點,提出一種半可調(diào)導(dǎo)葉式潛水貫流泵的設(shè)計思路,用實例論述其實施方式,并在工程實踐中獲得運(yùn)用,取得了良好效果。

運(yùn)用商用軟件fluent,采用雷諾時均n-s方程、標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、流體機(jī)械模型中的多重參考坐標(biāo)系模型(mrf),對不同安放角的3個高比轉(zhuǎn)速混流泵模型進(jìn)行了數(shù)值模擬與結(jié)果分析.主要分析了設(shè)計工況下0°安放角的模型葉輪進(jìn)口最高點截面的絕對速度和靜壓分布.詳細(xì)分析和比較了3個模型的葉片壓力面靜壓分布云圖、葉片壓力面相對速度分布云圖、導(dǎo)葉壓力面靜壓分布云圖,捕捉到了安放角為+4°時葉片進(jìn)口接近輪緣處流體撞擊輪緣形成的小回流.簡要分析了安放角為0°的模型泵導(dǎo)葉壓力面相對速度分布,可知導(dǎo)葉充分發(fā)揮了其轉(zhuǎn)能與消除環(huán)量的作用.分析結(jié)果揭示了高比轉(zhuǎn)速混流泵內(nèi)部流動規(guī)律.

利用有限元分析軟件數(shù)值求解不同工況下混流泵的內(nèi)部流場,了解前置導(dǎo)葉調(diào)節(jié)工況的基本規(guī)律,以改善混流泵在非設(shè)計工況運(yùn)行時的水力性能。在葉輪葉片進(jìn)口部位讀取液流流入葉輪時絕對液流角、相對液流角、和絕對速度圓周分量的值,分析其隨前置導(dǎo)葉安放角改變而變化的規(guī)律。結(jié)果表明,葉輪進(jìn)口絕對液流角小于前置導(dǎo)葉安放角,流量越小相差的幅度越大;大流量工況下進(jìn)口預(yù)旋調(diào)節(jié)的效果比小流量工況更為明顯;在一定流量范圍內(nèi),通過進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)使得葉輪進(jìn)口液流滿足無沖擊進(jìn)口或者較小沖角進(jìn)口條件,可有效地改善混流泵在非設(shè)計工況的水力性能。

借鑒泵葉輪的反問題設(shè)計理論,用fortran語言編程實現(xiàn)了高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵空間導(dǎo)葉的水力設(shè)計。提出了采用流線迭代法求解軸面流動,應(yīng)用逐點積分法進(jìn)行導(dǎo)葉葉片繪型,在保角變換平面上加厚葉片和修圓葉片頭部、尾部的基本理論和方法;討論了導(dǎo)葉葉片安放角分布規(guī)律、葉片出口邊位置對設(shè)計計算結(jié)果的影響。該方法設(shè)計計算精度高,能得到光滑的葉片表面、齊全的葉片表面數(shù)據(jù),便于數(shù)控機(jī)床加工制造。

采用高質(zhì)量結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格離散混流泵計算域,基于雷諾時均(rans)方程和剪切應(yīng)力輸運(yùn)(sst)湍流模型對混流泵內(nèi)流場進(jìn)行數(shù)值模擬。采用多種定性和定量指標(biāo)對不同葉輪葉片厚度時混流泵的揚(yáng)程、功率和效率特性及葉輪進(jìn)、出口的流場流動情況進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明:在相同流量下,隨葉輪葉片厚度減薄,泵的揚(yáng)程和功率增加,且最高效率點向大流量工況偏移,最高效率略有升高;葉輪葉片厚度減薄提高了流場流動均勻度,改善了葉片表面壓力分布情況,使空化性能得以改善。

根據(jù)南水北調(diào)東線一期工程睢寧二站的建設(shè)需要,為檢驗預(yù)測泵裝置的水力性能,對睢寧二站立式導(dǎo)葉式混流泵裝置進(jìn)行了模型試驗研究。研究結(jié)果表明,經(jīng)優(yōu)化水力設(shè)計的立式導(dǎo)葉式混流泵裝置獲得了十分優(yōu)異的水力性能,設(shè)計工況點泵裝置效率超過83.5%、臨界空化余量小于6m,最高效率達(dá)83.91%,為南水北調(diào)東線一期工程泵站中最高。該泵裝置的研究成果對國內(nèi)同類型泵站的設(shè)計建設(shè)具有一定參考價值。

為了分析葉輪葉片厚度和導(dǎo)葉葉片厚度對混流式核主泵能量性能的影響,分別設(shè)計了3種不同葉片厚度的葉輪和3種不同葉片厚度的導(dǎo)葉,建立不同葉片厚度下的9種方案,通過數(shù)值模擬的方法分析了9種方案在設(shè)計工況下混流泵水力性能的變化情況。結(jié)果表明:葉輪葉片厚度變化對混流泵水力性能的影響明顯高于導(dǎo)葉葉片厚度,且導(dǎo)葉葉片厚度變化對混流泵水力性能的影響不大。

分部工程名 稱 專業(yè)工長 分包項目經(jīng) 理 序 號 1 2 3 4 1 2 3 4 5 gb50275 設(shè)備基礎(chǔ)尺寸、位置、標(biāo)高第4.1.2條 第4.1.3條主 控 項 目 第4.4.1條 立式軸流泵和導(dǎo)葉式混流泵安裝分項工程質(zhì)量驗收記錄表 工程名稱 施工單位 分包單位 項目經(jīng)理 施工班組 長 泵－02 施工執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)名稱及編號 監(jiān)理（建設(shè)） 單位驗收記錄 泵的開箱檢查 泵的清洗和檢查 檢驗項目施工單位檢查評定記錄 驗收部位 標(biāo)高 單層基礎(chǔ)的泵，驅(qū)動機(jī)水平 度 雙層基礎(chǔ)的泵，驅(qū)動機(jī)水平 度 解體泵組裝 縱、橫向中心線 泵的試運(yùn)轉(zhuǎn)第4.4.5條 10.0㎜ ±10.0㎜ 0.05/1000㎜ 第4.4.4條 年　　月　　日 一 般 項 目 0.2/1000㎜ 監(jiān)理（建設(shè)） 單位驗收結(jié)論 監(jiān)理工程師（建設(shè)單位項目專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人） 年　　月　　日 施工單位檢 查評定結(jié)果 專業(yè)技術(shù)

以引大濟(jì)湟調(diào)水工程為例,介紹調(diào)水工程供需分析重點工作內(nèi)容和主要技術(shù)方法,研究調(diào)入?yún)^(qū)、調(diào)出區(qū)供需平衡分析,初步確定可調(diào)水量。

以木薯為原料生產(chǎn)燃料乙醇中,易出現(xiàn)再沸器列管堵塞,直接影響設(shè)備換熱效果,制約生產(chǎn)。通過優(yōu)化再沸器物料循環(huán)混流泵葉輪,延長再沸器運(yùn)行周期。

為了研究斜流泵葉輪和導(dǎo)葉由于動靜相干作用(rsi)而引起的壓力脈動規(guī)律,基于標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、simplec算法和滑移網(wǎng)格技術(shù),根據(jù)葉輪和導(dǎo)葉葉片數(shù)及其葉片厚度設(shè)計了多種計算方案,并對不同方案的斜流泵模型進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬.采用葉輪進(jìn)口、葉輪出口和導(dǎo)葉內(nèi)部布點監(jiān)測壓力的方法獲得了壓力脈動曲線,并基于時域圖分析了葉輪葉片數(shù)、導(dǎo)葉葉片數(shù)及其厚度對斜流泵內(nèi)部壓力脈動特性的影響.數(shù)值計算結(jié)果表明:斜流泵葉輪葉片動靜干涉對整個流場的壓力脈動影響較大,葉輪葉片數(shù)越少,葉輪進(jìn)、出口壓力脈動幅值越大;在設(shè)計工況下,導(dǎo)葉內(nèi)部的壓力脈動波形主要受葉輪葉片數(shù)影響,而導(dǎo)葉厚度對導(dǎo)葉內(nèi)部壓力脈動影響較小.研究結(jié)論將為斜流泵的設(shè)計和穩(wěn)定運(yùn)行提供參考.

隨著變頻技術(shù)的日益成熟,變頻設(shè)備在水利、電力、煤礦、化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。變頻技術(shù)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中根據(jù)實際工藝需求,改變設(shè)備運(yùn)行頻率,使設(shè)備在運(yùn)行中達(dá)到最節(jié)能運(yùn)行效果,符合當(dāng)今工業(yè)發(fā)展的節(jié)能減排的發(fā)展趨勢。但是變頻器是否適用于所有的機(jī)電設(shè)備,是否能夠真正的達(dá)到高效、安全、節(jié)能的效果,這還需要在各種工程的實際應(yīng)用中慢慢總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗。本文主要論述的是變頻器在引調(diào)水工程中的應(yīng)用,并結(jié)合工程實例論述變頻器設(shè)備在引調(diào)水工程中的實際作用及工程效益。

文章通過某調(diào)水工程實例,總結(jié)bim技術(shù)在水利工程勘測設(shè)計領(lǐng)域,各專業(yè)的使用方法和技巧,開發(fā)利用三維信息模型設(shè)計的優(yōu)勢,研究探討提供協(xié)同設(shè)計、優(yōu)化效果輸出、提高工作效率等方面的可行性。為該技術(shù)在水利工程勘測設(shè)計領(lǐng)域全面展開使用,并應(yīng)用于工程全生命周期,打造工程數(shù)字信息一體化,提供技術(shù)借鑒和參考經(jīng)驗。

風(fēng)扇是車輛冷卻系統(tǒng)的主要部件，當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的是軸流式風(fēng)扇，為了提高風(fēng)扇的冷卻能力，對改進(jìn)的某型軸流式風(fēng)扇進(jìn)行實驗研究和數(shù)值模擬。實驗結(jié)果表明，軸流式風(fēng)扇加裝后導(dǎo)葉片質(zhì)量流量提高約20％，加裝前導(dǎo)葉片質(zhì)量流量提高約15％，在提高質(zhì)量流量方面加裝后導(dǎo)葉要優(yōu)于加裝前導(dǎo)葉。加裝導(dǎo)葉片能在相同轉(zhuǎn)速下顯著增加風(fēng)扇的質(zhì)量流量，提高冷卻性能。以前導(dǎo)葉為例，運(yùn)用numeca軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計算，數(shù)值模擬結(jié)果與實驗較吻合。

某電廠一鍋爐送風(fēng)機(jī)在投入運(yùn)行較短時間內(nèi)即發(fā)生葉片斷裂事故,嚴(yán)重影響了電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過化學(xué)成分分析、金相檢驗、力學(xué)性能測試、斷口分析和能譜微區(qū)成分分析等方法對葉片斷裂的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:導(dǎo)致葉片斷裂的主要原因是葉片質(zhì)量不合格,葉片上存在著十分嚴(yán)重的裂紋類原始缺陷;另葉片材料化學(xué)成分不合格,存在較多的鑄造疏松缺陷,塑性和韌性較差等也是導(dǎo)致其早期斷裂的原因。

通過cfd軟件numeca對帶有可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉的離心式壓縮機(jī)的首級進(jìn)行全通道數(shù)值模擬。通過改進(jìn)導(dǎo)葉葉型以滿足離心壓縮機(jī)流量調(diào)節(jié)性能的要求。結(jié)果表明,與原始葉型相比新葉型的耗功情況和效率變化不大,但調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大;彎葉型的流量調(diào)節(jié)能力高于直葉型,而且導(dǎo)葉彎度越大,調(diào)節(jié)范圍越大。選取合適的導(dǎo)葉葉型有利于降低離心壓縮機(jī)的運(yùn)行成本。

提出葉片可調(diào)單機(jī)組日運(yùn)行優(yōu)化動態(tài)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型,以耗電費用最少為目標(biāo)函數(shù),峰谷電價與站下水位變幅過程劃分階段變量,各階段開機(jī)水泵的葉片安放角為決策變量,規(guī)定時段內(nèi)的抽水量為約束條件。以受長江潮汐影響的江都四站為例進(jìn)行計算,結(jié)果表明:(1)在典型潮位過程、設(shè)計日均揚(yáng)程、機(jī)組滿負(fù)荷工作時,葉片可調(diào)單機(jī)組日運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果與葉片安放角維持原設(shè)計安放角相比可節(jié)省電費5.24%;葉片安放最優(yōu)角度與峰谷電價相關(guān),峰電時為-4°,非峰谷與谷電時為+2°。(2)在潮型不變情況下,日均揚(yáng)程分別為4.8、5.8、6.8、7.8和8.3m時,葉片全調(diào)節(jié)運(yùn)行方式與葉片維持原設(shè)計安放角相比,可節(jié)省費用在3.4%～6.2%之間,平均節(jié)省費用4.45%,單位提水費用平均下降4.55%。

提出了用正反問題迭代法設(shè)計混流泵葉輪的新方法。該方法能夠有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法設(shè)計葉片時軸面流動的計算僅滿足流體連續(xù)方程的缺陷,同時考慮了葉片形狀對軸面流場計算的影響。通過兩類相對流面迭代求解流體連續(xù)方程與運(yùn)動方程,完成設(shè)計葉輪的正問題計算。采用逐點積分法進(jìn)行葉片骨線繪型,在軸面上加厚葉片,在保角變換平面內(nèi)修圓葉片頭尾部,完成反問題設(shè)計。正反問題迭代計算直至收斂,最終完成混流泵葉輪的設(shè)計。采用simplec算法,通過求解navier-stokes方程和rngk-ε湍流模型方程,模擬了混流泵葉輪內(nèi)的三維流場,獲得了葉輪內(nèi)的速度與壓力分布。結(jié)果表明:正反問題迭代方法設(shè)計的葉片對于水流的控制能力增強(qiáng),葉輪內(nèi)部流動穩(wěn)定,壓力分布均勻,具有更優(yōu)的水力性能。