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水源地取水泵站预沉曝气池及前池流态改善CFD研究

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水源地取水泵站预沉曝气池及前池流态改善CFD研究

作者：崔阳扬州大学

学位级别：硕士

水源地取水泵站包括预沉池、曝气池、前池3个主要部分,取水泵站内流速小,水位变幅大,内部流态紊乱。当取水泵站内无水力优化措施时,预沉池内水流流态紊乱,曝气池及前池内存在回流区、死水区以及漩涡,取水泵站内的不良流态会导致曝气池... 详细信息

水源地取水泵站包括预沉池、曝气池、前池3个主要部分,取水泵站内流速小,水位变幅大,内部流态紊乱。当取水泵站内无水力优化措施时,预沉池内水流流态紊乱,曝气池及前池内存在回流区、死水区以及漩涡,取水泵站内的不良流态会导致曝气池及前池局部泥沙沉淀和入泵水流流速分布不均匀。本文通过CFD技术,对水源地取水泵站工程整流措施展开研究,重点研究了预沉池前穿孔花墙配水均匀性,预沉曝气池与前池联合运行时整体水力优化措施,以及多泵运行模式下前池内流动特性和水泵吸水均匀性的差异。研究成果对进一步改善取水泵站内水流流态,防止泥沙淤积,提高水泵运行的安全性、高效性有一定的指导意义,为多泵运行条件下开泵方式的选择提供参考。（1）运用商用软件ANSYS 14.5,紊流模型选取标准k-ε紊流模型。通过网格无关性分析,确定取水泵站整体网格总数为175.6万。（2）预沉池穿孔花墙水力优化研究。不同水位条件下,不同形式（矩形、圆形、菱形）的穿孔花墙配水均匀性存在较大差异;采用菱形穿孔花墙进行配水,水流在预沉池内流速分布更加均匀,流态相对平顺,有利于泥沙等固体颗粒悬浮物的沉降。（3）取水泵站内流动特性研究。对于斜坡闸孔入流取水泵站、斜坡扩散自由入流取水泵站,在无措施条件下,其内部流态较为紊乱,在曝气池廊道转角处、斜坡段均存在明显脱流、漩涡以及回流区,且水流进入前池后存在严重偏流问题。斜坡闸孔入流取水泵站在斜坡段存在大面积回旋区,水流以射流形式进入前池很难扩散均匀;斜坡扩散自由入流取水泵站则在斜坡段和前池内易形成大面积回流区。（4）取水泵站曝气池流态改善研究。曝气池廊道转角处倒圆角、廊道转角内设U形导流墙和1/4弧形导流墙,有效地消除了廊道内存在的脱流、死水区;在斜坡段设双U形导流墙和等分双隔墩有效地改善了斜坡段明显的偏流问题,削弱了斜坡段回流漩涡的发生,使得水流相对平顺地进入前池。（5）斜坡闸孔入流取水泵站前池流态改善研究。前池无整流措施时,水流通过闸孔射流形式直接撞击后壁,在两侧形成大面积回流,且各泵机组吸水均匀性差异较大,各泵喇叭管入口断面流速均匀度呈现倒V字分布,中间3#机组吸水均匀性较高,两侧机组吸水均匀性较差。通过在前池内两闸孔中线处设置八字形导流墩、泵机组间设置隔墩、改变前池两侧直角翼墙等组合措施,明显改善了前池内流态及流速分布,特别是底层水流扩散均匀,基本无明显漩涡存在,且面层大面积回旋区得到较好地控制,各泵机组吸水均匀性均得到提高,各泵吸水均匀性差异明显减小。（6）斜坡扩散自由入流取水泵站前池流态改善研究。前池无整流措施时,水流通过扩散段进入前池,在前池的两侧形成回流区,同时在靠近前池后壁处有局部漩涡发生;此时,各泵机组吸水均匀性呈现两侧机组高,中间机组低。通过在泵机组间设置隔墩、在前池内设置八字形导流墩、设置45°倾斜挡板等组合措施,明显改善了前池内流态及流速分布,提高了各泵机组吸水均匀性均。其中,隔墩高度的增加有利于改善前池面层流态,且减弱了底层各泵机组喇叭管口吸水时水流间的相互干扰。八字形导流墩位置宜设置在扩散段处,过分靠近后壁或偏向两侧,在前池中层和面层两侧翼墙处漩涡回流现象越严重,且各泵机组吸水均匀性提升相对最大;八字形导流墩扩散角宜取18°左右,扩散角过小,两侧泵机组吸水均匀性有明显下降,扩散角过大,前池局部漩涡增多;采用45°倾斜挡板对于斜坡扩散入流方案的取水泵站前池流态改善效果显著,随着倾斜挡板位置远离后壁方向移动,前池底层流速分布更加均匀,各泵机组吸水均匀性越好。（7）不同开泵方式下,斜坡闸孔入流取水泵站前池水力特性研究。取水泵站内无措施条件下,不同的开泵方式对前池内流态的影响较小;同时运行1#、2#、3#、4#泵机组,各泵机组吸水均匀性较好,且差异较小,为无措施条件下较优运行方案。取水泵站采用优化措施后,在不同的开泵方式下,各运行方案前池底层的流线分布均较为均匀,无明显回流产生;在前池的中层存在不同程度的局部回流漩涡;在前池的面层流线分布较为均匀,且差异不明显,有局部漩涡发生在两侧倾斜壁面处;在运行方案4和运行方案3开泵方式下,各运行的泵机组吸水均匀性较高,其中运行方案4运行泵机组喇叭管入口断面流速均匀度均在72%以上,采用改善措施后的取水泵站宜采用运行方案4的开泵方式运行。

关键词：取水泵站穿孔花墙预沉曝气池前池流态改善数值模拟

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景电灌区取水泵站优化设计方法研究

中国给水排水 2014年第17期30卷 45-49页

作者：宋永占徐存东赵廷红潘琳周小春国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司江苏南京211100 华北水利水电大学水利学院河南郑州450045 兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050

对景电灌区二期总干一泵站的运行工况计算分析,发现水源最枯水位与最大提水量存在季节差异时,理想工况比实际工况浪费19.09%的提水能力,按现有方法所选水泵超出实际需要,造成水泵机组投资和电能浪费,增大折旧费用和管理运行费用。鉴于此... 详细信息

对景电灌区二期总干一泵站的运行工况计算分析,发现水源最枯水位与最大提水量存在季节差异时,理想工况比实际工况浪费19.09%的提水能力,按现有方法所选水泵超出实际需要,造成水泵机组投资和电能浪费,增大折旧费用和管理运行费用。鉴于此,打破取水泵站传统设计方法,在水源水位和提水量变化时,提出以景电灌区春灌、夏灌所需提水量和提水扬程为控制依据的优化设计方法,为景电灌区取水泵站的节能降耗技术研究提供了参考。

关键词：取水泵站工况点优化设计节能降耗

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取水泵站节能设计及评估管理探讨

黑龙江水利科技 2021年第7期49卷 57-58,210页

作者：叶邓豪东莞市江库联网工程中心广东东莞523808

以某水电站新建取水泵站为例,从施工建设、线路选择、混凝土重力坝防渗设计、混凝土标号分区、施工缝设置、网状坝基抽排降压处理系统设计、面板堆石坝设计及主要辅助设备设施能耗等方面进行了工程节能设计及效果评估管理的探讨。从工... 详细信息

以某水电站新建取水泵站为例,从施工建设、线路选择、混凝土重力坝防渗设计、混凝土标号分区、施工缝设置、网状坝基抽排降压处理系统设计、面板堆石坝设计及主要辅助设备设施能耗等方面进行了工程节能设计及效果评估管理的探讨。从工程施工及运行结果来看,节能措施设计完全符合工程建设及运行要求,具有很强的实用性,也为水利水电工程设计、建设及运行过程能耗控制、节能设计与评估管理提供了思路。

关键词：水电站取水泵站节能设计评估管理

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自来水厂取水泵站设计及节能分析

水电站机电技术 2022年第5期45卷 77-81页

作者：何孟基惠州市惠城区水利资源开发建设中心广东惠州516000

水泵站的动力系统有水泵机电设备与配套建筑物等,其功能主要为抽水。以惠城区为例,对该城区自来水取水泵站进行设计,确定泵站取水流量为390 m^(3)/h,设计水位、最低水位、最高运行水位分别为14.90 m、11.57 m、23.79 m。设计水位、最高... 详细信息

水泵站的动力系统有水泵机电设备与配套建筑物等,其功能主要为抽水。以惠城区为例,对该城区自来水取水泵站进行设计,确定泵站取水流量为390 m^(3)/h,设计水位、最低水位、最高运行水位分别为14.90 m、11.57 m、23.79 m。设计水位、最高及最低水位均可取31.35 m,泵站设计扬程、最高扬程、最低扬程分别为20.45 m、23.98 m、11.56 m。出厂净压力为48.2 m,设计流量为192.18 L/s。清水池设计水位最高和最低水位分别是24.80 m、22.50 m,加压点地面高程为26.00 m。泵站最低和最高扬程为50.9 m、53.2 m。取水泵站采用2台(一用一备)方案,选用潜污泵200WQ400-25-45,配套电机功率45 kW,水泵设计工况点扬程20.98 m,单机流量400 m/h,潜污泵设计效率76%,符合节能设计要求。

关键词：自来水取水泵站设计节能惠城区

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舟山LNG取水泵站泥沙减淤清淤试验研究

海洋工程 2024年第2期42卷 181-191页

作者：郭雅琼邹国良马进荣南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室江苏南京210029

LNG接收站取水流道内水流形态复杂,泥沙淤积问题往往难以避免,特别是在含沙量较高水域,流道内泥沙淤积可能威胁接收站的正常运营。为实现LNG取水泵站不停机条件下清淤,开展取水泵站射流冲刷物理模型试验,模拟了射流冲沙装置开启后吸水... 详细信息

LNG接收站取水流道内水流形态复杂,泥沙淤积问题往往难以避免,特别是在含沙量较高水域,流道内泥沙淤积可能威胁接收站的正常运营。为实现LNG取水泵站不停机条件下清淤,开展取水泵站射流冲刷物理模型试验,模拟了射流冲沙装置开启后吸水间射流水流特征及冲刷效果,探究了射流冲刷设置的喷嘴与翼墙夹角、射流流量、冲刷时间等因素影响下流道内减淤清淤效果。试验结果表明,在理想状态下吸水间射流冲沙装置连续作用12h基本可达到较为理想的清淤效果;一次大风浪过后,装置连续作用0.5h基本可达到较为理想的清淤效果。清淤效果视射流流量、喷嘴与翼墙夹角以及冲刷时间不同而有差别。结合取水泵站泥沙淤积物理模型试验研究成果,取水泵站淤积区主要发生在前池、过滤池末端、吸水间和消防泵附近,建议在这些区域安装射流冲沙装置,实现不停机状态下的减淤清淤,提高取水安全保证率,从而提高运营效益。

关键词：舟山LNG 取水泵站泥沙淤积射流冲刷物理模型

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取水泵站设计工程技术研究和实例分析

水工业市场 2016年第12期 64-67页

作者：杜希美

取水泵站设计是整个给水工程和循环水系统的重要组成部分，本文重点对取水泵站的设计方案和河道基础资料（如水文、水质、地质、地形等方面）进行了介绍，并以一个河道取水泵站设计实例进行研究分析。

关键词：取水泵站泵站设计设计实例工程技术循环水系统组成部分给水工程基础资料

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镇江自来水取水泵站节能潜力分析及技术改造

镇江自来水取水泵站节能潜力分析及技术改造

作者：戴盛江苏大学

学位级别：硕士

为了提高供水系统的抗风险能力,确保水源安全,2014年镇江市决定实施“征润洲水源地原水水质安全保障工程”,在原外引河的基础上新建长江取水涵闸、长江取水双向泵站,结合内引河改造成原水前置调蓄池,并与备用水源连通。一方面可以改善... 详细信息

为了提高供水系统的抗风险能力,确保水源安全,2014年镇江市决定实施“征润洲水源地原水水质安全保障工程”,在原外引河的基础上新建长江取水涵闸、长江取水双向泵站,结合内引河改造成原水前置调蓄池,并与备用水源连通。一方面可以改善现状内引河取水条件,另一方面通过设置调蓄前池、原水监测预警时间前移,使供水企业有足够时间对原水水质进行分析研判,对原水突发污染事故,及时采取有效应急措施,提高城市供水安全。当“征润洲水源地原水水质安全保障工程”实施完成后,此时水泵将往大流量工况偏移,水泵扬程偏高,不符合当前运行的要求。本文主要针对“征润洲水源地原水水质安全保障工程”改造完成后,引河水位将维持在黄海标高3.5-4.5m的状况,此时吸水井水位相对恒定。在改造前吸水井水位受长江水位的影响较大,水泵的运行工况随着长江水位的不同而不同。工程改造完成后吸水井内的水位和之前也有一些差别,从而造成运行水泵的扬程偏差,可能会造成泵偏离高效区运行。为了满足水厂节能降耗的运行要求,对取水泵站节能潜力及技术改造进行研究及其必要,本文主要研究内容如下:1.根据取水泵站的特性情况,建立了水泵实际特性和装置实际特性的在线测试方法,对两个取水泵站的运行情况进行了测试,并对其各自的运行情况进行分析。实测结果表明,当前金山泵房水泵性能下降严重,实际效率下降约15%,而金西泵房水泵仍运行在高效区,不需要技术改造。2.根据实测数据和取水系统的设计资料,建立了基于Flowmaster的两个取水泵站模型,基于该模型对各种运行出现的情况进行了仿真模拟。结果证明,使用该模型可大大的降低实际改造的试凑数,降低改造成本,为以后的相关改造的提供理论依据和参考。3.根据金西水厂和金山水厂的制水情况,通过数理统计的相关原理,结合Flowmaster仿真系统,形成新的取水泵站设计工况谱。在考虑优化调度、改造成本的基础上,确保金山泵站在保障工程实施后,仍能节能运行。结果表明,金山泵站由于水泵效率较低,需要在维持设计流量不变的条件下,将其设计扬程降低约5米;金西泵站水泵仍然在高效区运行,从理论上证明其不需要进行改造。4.对金山泵站改造实施的各种方案进行实施评估,并在方案的指导下,结合现场实际,完成了新型双吸泵的设计,加工制造、产品检测及现场的安装调试。结果证明,改造后水泵在满足当前制水需要的基础上,能经济高效运行,运行状态良好,其改造后一年可节约电费约20万元,而不到一年即可收回改造成本。

关键词：取水泵站节能改造选型 Flowmaster

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取水泵站优化调度的分解—协调模型研究

中国给水排水 2006年第21期22卷 14-17页

作者：李黎武施周湖南大学土木工程学院

针对取水泵站的工作特性,采用大系统分解—协调技术建立了取水泵站优化调度的二层分解—协调模型。以泵站全天的运行费用为目标函数,将一天划分为若干相互独立又相互关联的时段,并考虑清水池的调节和分时电价对取水泵站运行费用的影响,... 详细信息

针对取水泵站的工作特性,采用大系统分解—协调技术建立了取水泵站优化调度的二层分解—协调模型。以泵站全天的运行费用为目标函数,将一天划分为若干相互独立又相互关联的时段,并考虑清水池的调节和分时电价对取水泵站运行费用的影响,利用分解—协调技术对模型进行了求解。算例表明,优化后的泵站调度方案可较原方案节省大量电费。

关键词：取水泵站调速水泵优化调度分解—协调模型

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取水泵站的节能改造及设计

大陆桥视野 2015年第24期 96-97页

作者：杨宗儒马华明宁夏红寺堡扬水管理处宁夏水利电力工程学校

本文通过分析当前取水泵的设计方法，对其所存在的不足之处给与分析，并结合所存不足就流量变化及水源水位出现变化时相应优化设计方法予以提出，针对已经建成的取水泵站，对其采用切削叶轮或者对转速予以改变的方法进行相应节能改造进... 详细信息

本文通过分析当前取水泵的设计方法，对其所存在的不足之处给与分析，并结合所存不足就流量变化及水源水位出现变化时相应优化设计方法予以提出，针对已经建成的取水泵站，对其采用切削叶轮或者对转速予以改变的方法进行相应节能改造进行探讨。

关键词：取水泵站节能改造特性曲线设计