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水动力学研究与进展（A辑） 2020年第4期35卷 479-487页

作者：徐磊黄国豪施伟颜士开夏斌陆伟刚扬州大学水利科学与工程学院扬州225009 南水北调东线江苏水源有限责任公司南京210019

为消除大型斜式泵装置出水流道内存在的偏流及旋涡,该文以某泵站泵轴倾角为20°的斜式泵装置为研究对象,采用经过模型实验验证的数值模拟方法对斜式泵装置三维湍流流动情况进行了计算,根据斜式出水流道三维形体特征和流场计算结果分析... 详细信息

为消除大型斜式泵装置出水流道内存在的偏流及旋涡,该文以某泵站泵轴倾角为20°的斜式泵装置为研究对象,采用经过模型实验验证的数值模拟方法对斜式泵装置三维湍流流动情况进行了计算,根据斜式出水流道三维形体特征和流场计算结果分析了斜式出水流道内偏流及旋涡产生的原因,提出了采用导流板解决偏流问题的方法,并研究了导流板对斜式出水流道偏流系数、水头损失和旋涡范围的影响。结果表明:斜式泵装置出水流道内存在严重的偏流和旋涡问题,顺水流方向看,流道内的主流明显偏于左侧,同时在流道右侧下部出现了较大范围的旋涡区;斜式出水流道内的偏流是因进口的螺旋状水流作用在"S"形弯曲的流道中而导致的;在斜式出水流道"S"形弯曲段内设置导流板可有效消除流道进口水流的旋转,解决斜式出水流道的偏流问题,并消除了出水流道内的旋涡;随着导流板长度和数量的增加,斜式出水流道偏流系数逐渐减小而水头损失逐渐增大,导流板长度和数量需根据偏流系数、流道水头损失以及流场分布情况等综合确定。

关键词：斜式泵装置出水流道偏流水头损失导流板

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杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化

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排灌机械工程学报 2018年第6期36卷 501-508页

作者：潘志军徐磊沈晓燕洪飞张浩杭州市南排工程建设管理处浙江杭州310000 扬州大学水利与能源动力工程学院江苏扬州225009 浙江省水利水电勘测设计院浙江杭州310002

为保证杭州八堡泵站斜式泵装置的安全、稳定和高效运行,运用三维湍流数值模拟方法对该站斜式进、出水流道进行了水力优化设计研究.基于流道三维流场数值计算结果,揭示了进水流道高度和泵轴倾角分别对斜式进水流道水力性能的影响规律,以... 详细信息

为保证杭州八堡泵站斜式泵装置的安全、稳定和高效运行,运用三维湍流数值模拟方法对该站斜式进、出水流道进行了水力优化设计研究.基于流道三维流场数值计算结果,揭示了进水流道高度和泵轴倾角分别对斜式进水流道水力性能的影响规律,以及出水流道平面扩散角和泵轴倾角分别对斜式出水流道水力性能的影响规律.结果表明:斜式进水流道高度愈高流道水力性能愈好,泵轴倾角愈小流道水力性能愈好;斜式进水流道转向角度愈小,水流受离心力影响愈小,愈有利于水流流动调整;斜式出水流道扩散角愈小流道水力性能愈好,泵轴倾角愈大流道水力性能愈好;受螺旋状的水流和急剧转向的"S"形弯曲流道的共同影响,斜式出水流道内不可避免地存在不对称旋涡;综合考虑八堡泵站流道水力性能、土建工程量、闸门提升高度和水泵机组安装检修难度等多方面的因素,确定该站斜式泵装置的泵轴倾角为20°.

关键词：八堡泵站斜式泵装置进出水流道水力优化数值模拟

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轴流泵导叶体设计参数对斜式泵装置出水流道偏流影响的研究

轴流泵导叶体设计参数对斜式泵装置出水流道偏流影响的研究

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作者：张虎城扬州大学

学位级别：硕士

斜式泵装置为大型低扬程泵站的泵装置型式之一,其具有土建工程量较省、流道水力性能好、散热条件好和水泵检修方便等优点,已在不少低扬程泵站建设中都得到了应用。近些年低扬程泵站斜式泵装置的应用和研究中发现设有常规长度中隔墩的出... 详细信息

斜式泵装置为大型低扬程泵站的泵装置型式之一,其具有土建工程量较省、流道水力性能好、散热条件好和水泵检修方便等优点,已在不少低扬程泵站建设中都得到了应用。近些年低扬程泵站斜式泵装置的应用和研究中发现设有常规长度中隔墩的出水流道左右两孔的水流流量不相等,存在着严重的偏流问题,影响斜式泵装置的稳定高效运行。为研究斜式泵装置出水流道偏流问题,改善出水流道水流流态,提高泵装置水力性能,本文以某泵轴倾角为20°的斜式泵装置为研究对象,通过改变导叶体设计参数(导叶体叶片数S、叶片长度L和叶片出口角度β),运用经过泵装置模型试验检验的三维湍流流动数值模拟方法研究导叶体参数变化对斜式泵装置出水流道偏流和水力性能的影响,得到以下研究成果:(1)受导叶体出口水流剩余环量和斜式出水流道“S”形弯曲段的共同作用,采用常规长度中隔墩斜式出水流道内的主流偏流左孔,偏流情况严重;基于斜式出水流道内偏流产生原因提出了减小斜式出水流道偏流情况的新思路:改变导叶体设计参数减小导叶体出口水流剩余环量,进而改善出水流道流态,减小左右两孔偏流系数。(2)保持导叶体叶片出口角度β=90.0°和叶片长度为L=0.42D(D为叶轮直径3.65m)不变,对5、6、7、8和9片5种导叶片数的导叶体方案分别就进行了斜式泵装置三维流动数值模拟,结果表明:随着导叶体叶片数S增加,导叶体水头损失逐渐增大,出水流道偏流系数λ从1.725降低到1.510,出水流道内偏流程度减小,出水流道水头损失从0.422m减少到0.320m;泵装置效率ηzz随着导叶片数的增加先增加后略有减小,在S=7时泵装置效率最高为77.77%。(3)在保持导叶体叶片数S=7和出口角度β=90.0°不变的条件下,在导叶体外壳长度范围内设计了导叶片长度L从0.42D逐渐增加到0.54D的5个导叶体方案并进行了数值计算,计算结果表明:增加斜式泵装置导叶体叶片长度L,导叶体水头损失逐渐增加但幅度较小,出水流道偏流系数λ从1.606降低到1.172,大大改善了出水流道内偏流的程度,出水流道水头损失从0.330m减小到0.293m,泵装置效率ηzz从77.77%提高到 78.65%。(4)在保持导叶体叶片数S=7和导叶片长度L=0.42D不变的条件下,设计了导叶片出口角度β从85°逐渐增加到105°的9个导叶体方案并进行了数值计算,结果表明:随着导叶体叶片出口角度增加,斜式泵装置出水流道偏流系数λ逐渐减小,当β=97.5°时,偏流系数接近于1.0,β97.5°时出水流道内水流右偏;随着导叶片出口角度增大,导叶体水头损失逐渐增大,出水流道水头损失呈先减小再增大的变化趋势,泵装置效率呈现先增大再减小的趋势;当β=97.5°时,出水流道偏流系数接近于1,出水流道内的流态好,出水流道水头损失最小值为0.230m,泵装置效率最高ηzz=80.05%。(5)对3个导叶体叶片设计参数影响斜式泵装置出水流道偏流和水力性能的情况进行了综合分析,并优选出了相对较优的导叶体优化方案:叶片数S=7,叶片长度L=0.42D,叶片出口角度β=97.5°;不同流量工况时的泵装置原方案于优化方案的计算结果表明:小流量工况原方案泵装置性能优于优化方案,大流量工况优化方案泵装置性能优于原方案,优化方案的最优点泵装置效率较原方案增加了 1.08%。本文通过改变导叶体设计参数的方法有效解决了斜式泵装置出水流道中的偏流问题,出水流道流态得到改善,泵装置效率提高。研究成果可为斜式泵装置的设计与优化提供新的思路,并可为解决低扬程泵站斜式泵装置出水流道的偏流问题提供技术支撑,具有一定的理论意义和重要的工程应用价值。

关键词：斜式泵装置出水流道偏流导叶体数值模拟

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大型斜式泵装置出水流道偏流问题研究

大型斜式泵装置出水流道偏流问题研究

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作者：颜士开扬州大学

学位级别：硕士

大型低扬程泵站广泛应用于跨流域调水、水环境改善、农业灌溉和城市防洪排涝等重要领域。斜式泵装置是大型低扬程泵站的主要泵装置型式之一,已应用于盐官泵站、太浦河泵站和三堡泵站等多座大型低扬程泵站。在对斜式泵装置进行的研究中发... 详细信息

大型低扬程泵站广泛应用于跨流域调水、水环境改善、农业灌溉和城市防洪排涝等重要领域。斜式泵装置是大型低扬程泵站的主要泵装置型式之一,已应用于盐官泵站、太浦河泵站和三堡泵站等多座大型低扬程泵站。在对斜式泵装置进行的研究中发现:斜式出水流道的两孔出流流量相差很大,存在着严重的偏流问题。为研究解决斜式泵装置出水流道的偏流问题,本文以某大型待建泵站斜式泵装置为研究对象,采用CFD分析和模型试验研究的方法,分析了偏流产生的原因,并提出了解决偏流问题的思路和措施,得到了以下研究成果:(1)对某泵站采用常规长度中隔墩的斜式出水流道进行了三维流场数值模拟,计算得到该出水流道的偏流系数为2.738,出水流道两孔水流出流流量明显不同,一孔大、一孔小,偏流问题严重;顺水流方向看,出水流道内的主流偏于左侧上部,流道右下侧存在大范围的旋涡区。(2)分别在流道进口水流有环量和无环量的条件下,研究了环量对弯曲流道和不弯曲流道内流场的影响,发现了斜式出水流道偏流问题的本质:具有环量的水流以螺旋状流入呈“S”形弯曲的斜式出水流道所产生的一种流动现象。(3)提出了在斜式出水流道弯曲段内设置导流板消减流道进口水流的环量解决其偏流问题的措施。采用数值模拟方法研究了导流板的不同要素对斜式出水流道偏流的影响,结果表明:导流板长度越长,出水流道偏流系数越小,流道损失越大;仅使用竖向导流板或横向导流板,导流板数量越多,偏流系数越小;竖向导流板的纠偏效果好于横向导流板。(4)中隔墩长度对斜式出水流道偏流的影响明显,常规中隔墩长度会使水流主流左偏,过长的中隔墩长度会使水流主流右偏,经过优化计算,该出水流道最优中墩长度确定为23.35m,出水流道左右两孔水流流量基本相等,偏流系数接近于1。(5)中隔墩长度优化方案被某大型斜式泵站采用,对该站斜式泵装置进行了模型试验,试验结果表明:该斜式泵装置的能量性能、空化性能和压力脉动等水力特性均符合设计要求,出水流道两孔水流流量基本相等,数值模拟结果与模型试验结果相符。本文对大型斜式泵装置出水流道偏流现象进行了深入研究,并提出了解决斜式泵装置出水流道偏流问题的有效办法,提高了出水流道的水力性能,为泵装置的安全稳定运行提供了重要保证。

关键词：斜式泵装置出水流道偏流偏流成因导流板中隔墩长度数值模拟模型试验

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杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化

杭州八堡泵站斜式泵装置流道水力优化

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浙江省水利学会2020学术年会

作者：潘志军徐磊沈晓燕洪飞张浩杭州市南排工程建设管理处扬州大学水利与能源动力工程学院浙江省水利水电勘测设计院

为保证杭州八堡泵站斜式泵装置的安全、稳定和高效运行,运州三维湍流数值模拟方法对该站斜式进、出水流道进行了水力优化设计研究.基于流道三维流场数值计算结果,揭示了进水流道高度和泵轴倾角分别对斜式进水流道水力性能的影响规律,以... 详细信息

为保证杭州八堡泵站斜式泵装置的安全、稳定和高效运行,运州三维湍流数值模拟方法对该站斜式进、出水流道进行了水力优化设计研究.基于流道三维流场数值计算结果,揭示了进水流道高度和泵轴倾角分别对斜式进水流道水力性能的影响规律,以及出水流道平面扩散角和泵轴倾角分別对斜式出水流道水力性能的影响规律.结果表明:斜式进水流道高度愈高流道水力性能愈好,泵轴倾角愈小流道水力性能愈好;斜式进水流道转向角度愈小,水流受离心力影响愈小,愈有利于水流流动调整;斜式出水流道扩散角愈小流道水力性能愈好,泵轴倾角愈大流道水力性能愈好;受螺旋状的水流和急剧转向的"S"形弯曲流道的共同影响,斜式出水流道内不可避免地存在不对称旋涡;综合考虑八堡泵站流道水力性能、土建工程量、闸门提升高度和水泵机组安装检修难度等多方面的因素,确定该站斜式泵装置的泵轴倾角为20°.

关键词：八堡泵站斜式泵装置进出水流道水力优化数值模拟

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