【摘要】：低揚(yáng)程泵站廣泛用于平原或丘陵地區(qū)的防汛抗旱工程。進(jìn)入新世紀(jì)以來,隨著南水北調(diào)、引江濟(jì)淮等大型跨流域調(diào)水工程的實施,對大中型低揚(yáng)程泵站的研究又上升到了一個全新的高度。隨著技術(shù)的逐漸成熟,低揚(yáng)程泵裝置的能量特性已經(jīng)達(dá)到了一個相當(dāng)優(yōu)秀的水平,人們對低揚(yáng)程泵裝置的穩(wěn)定性以及反向發(fā)電方面的關(guān)注度逐漸提高。為了進(jìn)一步推進(jìn)對低揚(yáng)程泵裝置的研究,本文采用理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗三者有機(jī)結(jié)合的研究方法對部分典型低揚(yáng)程泵裝置的水動力特性以及主水泵的選型方法展開深入研究,主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點有:(1)從導(dǎo)葉、有壓箱涵式進(jìn)水流道、泵站反向發(fā)電、三維過渡過程、主水泵選型以及軸流泵轉(zhuǎn)子的振動特性這六個方面總結(jié)分析了低揚(yáng)程泵裝置水動力特性以及主水泵選型的研究現(xiàn)狀。利用CFX自帶的CEL語言編寫出求解諸如軸向速度分布均勻度、效率等水力性能參數(shù)的函數(shù)以及為了處理壓力信號等參數(shù)而利用Visual Basic6.0編寫出針對Excel的二次開發(fā)程序,為后續(xù)的研究提供工具支持。采用不同的湍流模型針對具有反向發(fā)電功能泵裝置外特性進(jìn)行全流場數(shù)值計算,并將計算結(jié)果與模型試驗換算至原型的值進(jìn)行比對,得到了適用于水泵、水輪機(jī)兩種工況的湍流模型。計算并分析了不同葉頂間隙值對具有反向發(fā)電功能泵裝置水泵與水輪機(jī)兩種工況外特性的影響,葉頂間隙會對水泵與水輪機(jī)外特性產(chǎn)生明顯影響,外特性對葉頂間隙值的大小存在一定的敏感性,因此,葉頂間隙是數(shù)值計算時需要考慮的一個重要因素。(2)采用UDF與動網(wǎng)格相結(jié)合的數(shù)值計算方法,對具有反向發(fā)電功能泵裝置的三維過渡過程展開研究。首次揭示了啟動過渡過程中快速門與小拍門相結(jié)合的方案與單純的快速門方案對泵裝置水動力特性的影響。當(dāng)泵裝置的運行工況從水泵額定工況轉(zhuǎn)換為水輪機(jī)額定工況時,機(jī)組需經(jīng)歷水泵工況、制動工況、水輪機(jī)工況這三個歷程。水泵斷電快速門拒動過渡過程時,機(jī)組的外特性隨時間變化較大,機(jī)組在最高揚(yáng)程斷電時歷時約25s左右即達(dá)到該揚(yáng)程下的飛逸轉(zhuǎn)速,并將該飛逸轉(zhuǎn)速值與數(shù)值模擬換算至原型值進(jìn)行對比,過渡過程中葉輪出口處監(jiān)測點的水壓脈動幅值隨時間的推移迅速增加。水泵與水輪機(jī)工況轉(zhuǎn)換時,流道內(nèi)會出現(xiàn)水擊現(xiàn)象。(3)通過理論計算得到有壓箱涵式進(jìn)水流道的型線方程,利用Visual Basic6.0對Auto CAD2008進(jìn)行二次開發(fā),編寫出一套基于有壓箱涵式進(jìn)水流道型線方程控制參數(shù)的參數(shù)化流道設(shè)計程序。計算并分析了不同進(jìn)水流道型線控制參數(shù)對進(jìn)水流道目標(biāo)函數(shù)的影響�；贑FX數(shù)值模擬與模型試驗相結(jié)合的研究方法對雙向立式軸流泵裝置的水動力特性與飛逸過渡過程進(jìn)行研究,CFX數(shù)值模擬得到的飛逸轉(zhuǎn)速值與模型試驗換算至原型值相吻合。首次研究發(fā)現(xiàn)雙向立式軸流泵裝置在飛逸過渡過程中導(dǎo)水錐附近并不會產(chǎn)生由于尾水管渦帶引起的低頻水壓脈動。(4)對前置豎井貫流泵裝置水動力特性進(jìn)行了研究,首次發(fā)現(xiàn)去掉后導(dǎo)葉體后,在前置豎井貫流泵裝置的出水流道內(nèi)出現(xiàn)了與水輪機(jī)尾水管渦帶特性類似的渦帶,出水流道內(nèi)出現(xiàn)的渦帶在整個出水流道內(nèi)引起了低頻水壓脈動。(5)采用基于CFX數(shù)值模擬的研究方法,計算并分析了不同軸流泵葉輪與導(dǎo)葉之間的匹配性。葉輪對軸流泵段的水力性能有著決定性的影響,通過更換導(dǎo)葉可以調(diào)節(jié)水力模型的高效區(qū)。兩副水力性能相近的軸流泵水力模型互換導(dǎo)葉后對泵段的水力性能沒有明顯的影響。(6)采用基于ANSYS ACT數(shù)值模擬的研究方法,對軸流泵轉(zhuǎn)子在不同工況下的自振特性展開研究。研究結(jié)果表明流場對水泵葉輪的影響并不明顯,水泵葉輪外包裹的水體對葉輪的振動特性有著較顯著的影響。不同運行工況下,軸流泵轉(zhuǎn)子的各階自振頻率均遠(yuǎn)低于水泵葉輪葉片的通過頻率,在實際運行時發(fā)生共振的可能性很小。(7)通過對傳統(tǒng)低揚(yáng)程泵站主水泵選型方法的研究分析,提出了新的“特性曲線初選,數(shù)值模擬精選”選型方法�；赩isualBasic6.0對Auto CAD2008二次開發(fā)的技術(shù),編寫出了一套低揚(yáng)程泵站主水泵選型程序,并成功應(yīng)用在多個大型泵站的主水泵選型工作中,取得了良好的工程效果。新的選型方法能夠滿足日益增長的工程需求。
【圖文】：

葉輪的進(jìn)口可以獲得較為理想的軸向速度分布均勻度與速度加權(quán)平均角，流道損逡逑失較小，水力性能優(yōu)異單向立式泵裝置之間的主要不同點在于出水流道，巨前逡逑使用較多的是平．直管與虹吸管兩種結(jié)構(gòu)方式，如圖１－１所示。平直管結(jié)構(gòu)簡單，逡逑應(yīng)用較早。虹吸管結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但斷流方式方便、可靠，目前江蘇省大型立式逡逑單向軸流泵站出水流道結(jié)構(gòu)形式主要以虹吸式為主。逡逑ｄ逡逑圖１－１兩種典型結(jié)構(gòu)單向立式軸流泵裝置逡逑Ｆｉｇｌ－１邋Ｔｗｏ邋ｔｙｐｅ邋ｏｆ邋ｔｙｐｉｃａｌ邋ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｖｅｒｔｉｃａｌ邋ａｘｉａｌ邋ｐｕｍｐ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑隨著流道設(shè)計水乎與ＣＦＤ數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展，單向立式軸流泵裝置逡逑的效率不斷提高，目前新建泵站的裝置效率可達(dá)７８％以Ｊｌ。逡逑１．２．１．２雙向泵裝置逡逑雙向泵裝置的設(shè)計初衷是為了滿足雙向抽水的程設(shè)計目標(biāo)，，隨著時代的發(fā)逡逑展，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)可以設(shè)計出一種集抽水、自流與＾體的泵裝置，于是雙向立式泵逡逑裝置（見圖ｌ－２ａ）便誕生了。雙向立式泵站設(shè)有四道Ｘ作閘門，分布在流道的四逡逑個端口上，泵站工作時葉輪的旋轉(zhuǎn)方向始終不變，通過四道工作閘門的不同配合逡逑即可實現(xiàn)灌溉、排水、自引、自流的設(shè)計目標(biāo)

（ａ）邋雙向立式泵裝置邐（ｂ）平面Ｓ型雙向泵裝置逡逑圖１－２雙向泵裝置逡逑Ｆｉｇｌ－２邋Ｔｗｏ－ｗａｙ邋ｐｕｍｐ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑傳統(tǒng)上雙向立式泵裝置被認(rèn)為適用于中高揚(yáng)程的情況，低揚(yáng)程以及特低揚(yáng)程逡逑時應(yīng)該采用臥式雙向泵裝置。隨著新孟河界牌樞紐的研究建設(shè)的進(jìn)展，雙向立式逡逑泵裝置在特低揚(yáng)程時使用的空白將被填補(bǔ)。逡逑１．２．１．３燈泡貫流菜裝置逡逑燈泡貫泵裝置是貫流式機(jī)組的一種，由早期的燈泡貫流式水輪機(jī)演化而逡逑來，如圖１－３所示機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點主荽在于燈泡體，燈泡體的存在主荽是為電逡逑機(jī)等部件提供安放空間，與豎井貫流式機(jī)組不同，燈泡貫流式機(jī)組水流從燈泡體逡逑四周繞流而過，水力性能優(yōu)于豎井式、軸伸式等結(jié)構(gòu)。逡逑圖１－３燈泡貫流泵裝置逡逑Ｆｉｇ邋１－３邋Ｂｕｌｂ邋ｔｕｂｕｌａｒ邋ｐｕｍｐ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑作為畫內(nèi)第一座燈泡貫流栗站，淮安三站自１９９７年建成并投入使用以來＾逡逑直存在著機(jī)組超功率、空化嚴(yán)重等問題＜？淮安三站存在的問題某種程度上阻礙了逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV675

【參考文獻(xiàn)】

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1 張新;鄭源;錢鈞;傅捷;匡濤;張正陽;;基于流固耦合的臥式軸流泵葉輪模態(tài)分析[J];水電能源科學(xué);2015年07期

2 李文鋒;馮建軍;羅興

本文編號：2624077