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预开导叶下水泵水轮机S特性及其压力脉动分析

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机械工程学报 2012年第8期48卷 174-179页

作者：肖若富孙卉刘伟超王福军中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 东方电机有限公司研试中心德阳618000

可逆式水泵水轮机兼具了发电以及储能的特点既满足人们环保意识的需求也满足对功率的平衡与控制。但水泵水轮机在S特性区内运行会发生机组并网困难或者甩负荷过程中水压异常上升,使机组振动加剧。为探究预开启导叶的方法对水泵水轮机S... 详细信息

可逆式水泵水轮机兼具了发电以及储能的特点既满足人们环保意识的需求也满足对功率的平衡与控制。但水泵水轮机在S特性区内运行会发生机组并网困难或者甩负荷过程中水压异常上升,使机组振动加剧。为探究预开启导叶的方法对水泵水轮机S特性的改善,对水泵水轮机模型分别在同步导叶和不同预开启导叶条件下进行能量试验及全流道内流场的(Computational fluid dynamics,CFD)数值计算;通过试验数据与计算结果的对比分析预开导叶后水泵水轮机S特性及其压力脉动特征。CFD计算结果及模型试验数据表明,预开导叶的方法能有效解决水泵水轮机S特性问题,但是预开导叶后,飞逸工况下的单位流量变大,造成转轮内的流动轴对称特性较差,导致机组的脉动加大,尾水管压力脉动幅值较大,运行稳定性较差,所以通过预开导叶的方法来改善S特性仍然存在弊端。

关键词：水泵水轮机 S特性预开导叶压力脉动

稳态工况下水电机组主轴摆度峰峰值计算方法研究

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振动与冲击 2015年第21期34卷 170-174页

作者：张飞葛新峰潘罗平付婧中国水利水电科学研究院水力机电研究所北京100038 河海大学能源与电气学院江苏南京210098 中国水利水电科学研究院信息中心北京100038

对目前状态监测与现场试验中主轴摆度峰峰值计算的常用方法进行了综述,将计算方法分成两类:极值法和置信度法。通过实例分析指出稳态工况下极值法计算时存在结果不稳定,且结果依赖于滤波器选择的问题。研究采用置信度法计算峰峰值,实例... 详细信息

对目前状态监测与现场试验中主轴摆度峰峰值计算的常用方法进行了综述,将计算方法分成两类:极值法和置信度法。通过实例分析指出稳态工况下极值法计算时存在结果不稳定,且结果依赖于滤波器选择的问题。研究采用置信度法计算峰峰值,实例分析表明置信度法结果优于极值法。在95%的置信度下,当计算周期数不小于6时,采用95%置信度法对原始数据及不同滤波器作用下的数据计算得到的峰峰值结果均收敛,置信度法下的峰峰值计算结果相容。

关键词：水电机组主轴摆度峰峰值极值法置信度法

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离心泵口环间隙附近的空化特性研究

农业机械学报 2015年第2期46卷 59-63,58页

作者：黄先北刘竹青杨魏中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

为研究前口环间隙附近空化现象的成因,首先通过一系列无关性验证确保了包含口环间隙及泵腔的完整离心泵模型计算的可靠性,在此基础上进行空化条件下的非定常计算,预测了必需汽蚀余量工况下口环间隙附近的空化现象,结果表明:前口环间隙... 详细信息

为研究前口环间隙附近空化现象的成因,首先通过一系列无关性验证确保了包含口环间隙及泵腔的完整离心泵模型计算的可靠性,在此基础上进行空化条件下的非定常计算,预测了必需汽蚀余量工况下口环间隙附近的空化现象,结果表明:前口环间隙出口附近流动受叶轮旋转的影响,其静压呈周期性的非均匀分布,其频率为2.27倍转频,并于低压区发生空化,空化开始于以进口段中心为圆心,半径稍小于前口环间隙内侧与进口段流动交汇点半径的某处;前口环间隙出口附近的压力脉动受叶轮旋转及空化的影响而呈现2类频率,其一为叶频及其倍频,其二为空化周期性变化导致的低频,该频率为空化周期性变化频率的整数倍。

关键词：离心泵口环间隙空化 CFD

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离心风机叶轮三维反问题气动优化设计

农业机械学报 2012年第9期43卷 43-48页

作者：杨魏王宏吴玉林中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 清华大学核能技术与新能源技术研究院北京100084 清华大学热能工程系北京100084

基于三维反问题设计方法和CFD技术,结合试验设计方法和模拟退火优化算法,以轴面流道形状参数和叶片形状参数为设计变量,以叶轮效率为优化目标,建立了离心风机叶轮三维反问题气动优化设计方法。叶片形状通过三维反问题设计方法由叶轮的... 详细信息

基于三维反问题设计方法和CFD技术,结合试验设计方法和模拟退火优化算法,以轴面流道形状参数和叶片形状参数为设计变量,以叶轮效率为优化目标,建立了离心风机叶轮三维反问题气动优化设计方法。叶片形状通过三维反问题设计方法由叶轮的环量分布参数表达。运用该方法进行了离心风机叶轮的优化设计,叶轮效率提高了3.3%。根据建立的优化设计变量和叶轮效率之间的响应面函数关系式,分析了不同轴面流道形状参数和环量分布参数及参数间交互效应对叶轮效率的影响。结果表明:相对于轮盘处轴面流道轮盖处型线和环量分布形式,轴面流道叶片进口边倾斜角对叶轮效率影响更为显著。

关键词：离心风机叶轮反问题设计计算流体力学

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旋转失速条件下离心泵叶轮压力脉动特性研究

农业机械学报 2015年第10期46卷 56-61页

作者：周佩剑王福军姚志峰中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

离心泵发生旋转失速时,失速团周期性地生成和脱落往往会诱发低频压力脉动,严重影响水泵的安全稳定运行。为研究离心泵旋转失速对压力脉动的影响,采用动态混合非线性SGS模型对一离心泵叶轮进行了大涡模拟,得到了叶轮内部流场和叶片上的... 详细信息

离心泵发生旋转失速时,失速团周期性地生成和脱落往往会诱发低频压力脉动,严重影响水泵的安全稳定运行。为研究离心泵旋转失速对压力脉动的影响,采用动态混合非线性SGS模型对一离心泵叶轮进行了大涡模拟,得到了叶轮内部流场和叶片上的压力脉动特性。对不同旋转时刻的内部流动进行分析,可以看到旋转失速团产生于叶片吸力面头部附近,沿圆周方向向叶片压力面运动,并逐渐衰减。对叶片上的压力脉动进行分析,发现当旋转失速发生以后,叶片上的压力脉动幅值远大于非失速工况。失速团对叶轮中的压力脉动有很大影响,叶片上的压力脉动频率以失速频率为主;叶片吸力面头部压力脉动幅值最大,并沿着水流方向,叶片上的压力脉动幅值依次减小。随着流量进一步减小,叶轮进入深失速工况,压力脉动主频幅值有所降低,而失速频率逐渐增大。

关键词：离心泵叶轮旋转失速压力脉动大涡模拟

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双吸离心泵叶轮交替加载设计方法

农业机械学报 2015年第6期46卷 84-91页

作者：王福军姚志峰杨魏肖若富冷洪飞中国农业大学北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心北京100083

双吸离心泵内部的压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素之一。为了减轻压力脉动,分析了引起双吸离心泵压力脉动的主要原因,研究了不同类型的叶片载荷曲线对双吸离心泵流态的影响,建立了叶片加载方式、叶片出口倾角和叶轮交错角与泵... 详细信息

双吸离心泵内部的压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素之一。为了减轻压力脉动,分析了引起双吸离心泵压力脉动的主要原因,研究了不同类型的叶片载荷曲线对双吸离心泵流态的影响,建立了叶片加载方式、叶片出口倾角和叶轮交错角与泵内二次流及压力脉动的关系,提出了能够抑制二次流、降低压力脉动的叶轮交替加载设计方法。在新的设计方法中,叶片载荷曲线具有盖板前加载、轮毂后加载的混合加载模式。基于该方法所生成的双吸叶轮具有轮毂两侧交错布置、叶片出口边正向倾斜、盖板和轮毂包角差小的特点。通过在一大型引黄灌溉泵站的试验表明,该方法可将双吸离心泵压力脉动主频的幅值降低到原来的1/5左右,同时还可改善泵的最优效率和高效区。该方法为大功率双吸离心泵的优化设计和更新改造提供了一种新的技术途径。

关键词：双吸离心泵叶轮压力脉动水力设计

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离心风机叶片三维反问题优化设计

农业机械学报 2012年第8期43卷 105-109页

作者：杨魏王福军王宏中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 清华大学核能技术与新能源技术研究院北京100084

基于三维反问题设计方法和CFD技术,结合试验设计方法、响应面方法和模拟退火优化算法,建立了离心风机叶片三维形状的优化设计方法。以叶轮效率为优化目标,以环量分布参数为优化设计变量,进行了离心风机叶片的优化设计,优化设计结果叶轮... 详细信息

基于三维反问题设计方法和CFD技术,结合试验设计方法、响应面方法和模拟退火优化算法,建立了离心风机叶片三维形状的优化设计方法。以叶轮效率为优化目标,以环量分布参数为优化设计变量,进行了离心风机叶片的优化设计,优化设计结果叶轮效率提高了2.2%。根据建立的优化设计变量和叶轮效率之间的响应面函数关系式,分析了不同环量分布参数及参数间交互效应对叶轮效率的影响,结果显示轮毂进口段环量分布对叶轮效率有较大影响;轮缘处的环量分布形式对叶轮效率影响更为显著。

关键词：离心风机反问题设计计算流体力学优化设计

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高扬程大流量离心泵CFD水力优化设计

排灌机械工程学报 2013年第3期31卷 220-224页

作者：郭建平高忠信覃大清邢海仙云南省水利水电勘测设计研究院云南昆明650051 中国水利水电科学研究院北京100038 哈动国家水力发电设备工程技术研究中心黑龙江哈尔滨150040

选哈电A934模型叶轮作为对象叶轮,以预定的泵扬程流量特性(H-Q)为目标参数,在保证出口角不变的情况下,将对象叶轮出口直径延拓到目标叶轮直径,形成待优化的目标叶轮.使用CFX-TASCFlow软件进行改型设计,针对干河泵站最大扬程、最小扬程... 详细信息

选哈电A934模型叶轮作为对象叶轮,以预定的泵扬程流量特性(H-Q)为目标参数,在保证出口角不变的情况下,将对象叶轮出口直径延拓到目标叶轮直径,形成待优化的目标叶轮.使用CFX-TASCFlow软件进行改型设计,针对干河泵站最大扬程、最小扬程以及设计扬程对应的工况点,优化叶轮的轴面形状、叶片数量、叶片翼型以及进出口安放角等参数,直至CFD预测的H-Q特性接近或达到预期的目标,获得满足目标参数的目标叶轮.在此基础上,使用Ansys CFX对目标叶轮进行全通道水力设计,优化流道几何参数,匹配进水管、固定导叶以及蜗壳的几何形状,改善泵进出口区域的流场特性.在哈尔滨电机厂有限责任公司高水头试验II台上进行的模型试验表明,基于CFD技术开发的新型高扬程大流量离心泵在高海拔地区复杂工况条件下,扬程、流量、效率、空化性能等指标均达到了预定的设计目标.

关键词：高扬程大流量离心泵水力优化设计空化计算流体动力学

水泵水轮机泵工况非设计工况流态与压力脉动分析

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农业机械学报 2016年第12期47卷 77-84页

作者：朱迪肖若富陶然刘伟超中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 东方电机有限公司研究试验中心德阳618000

水泵水轮机的运行稳定性对抽水蓄能机组产生极大影响,为研究不同工况下水泵水轮机内部流态及压力脉动的详细特征,针对某一模型水泵水轮机,分析2种不同导叶开度下从较小流量到较大流量的内部流动和压力脉动。结果表明,小流量下活动导叶... 详细信息

水泵水轮机的运行稳定性对抽水蓄能机组产生极大影响,为研究不同工况下水泵水轮机内部流态及压力脉动的详细特征,针对某一模型水泵水轮机,分析2种不同导叶开度下从较小流量到较大流量的内部流动和压力脉动。结果表明,小流量下活动导叶开度小时和大流量下活动导叶开度大时压力脉动较小,瞬时扬程的波动变化也小,流动平稳;小流量下活动导叶开度大时和大流量下活动导叶开度小时受到许多低频的影响,频率成分比较复杂,压力脉动幅值较大,瞬时扬程的波动也大,内部流动紊乱。

关键词：水泵水轮机非设计工况内部流态压力脉动数值模拟