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通过选型比较来提高泵装置水力性能的研究

南水北调东线工程泵站运行时间长(年运行时间将达到5000小时以上),因此,提高泵装置的水力性能有着非常重要的现实意义。近年来,很多学者对低扬程泵装置做了大量的研究工作,孜孜以求水力性能的提高。对国内外己建成的近50座泵站及研制开发的模型叶轮进行了统计分析,泵站的结构型式与泵站扬程有关,但关系并不唯一,影响的因素较多,在初步确定结构型式的基础上宜采用模糊综合评判的方法选择结构型式。在以装置参数进行泵型选择时,要考虑泵与泵装置之间因存在流道损失引起的扬程偏差。针对南水北调东线工程淮安四站、淮阴三站泵型选择,ca88手机版厂对适用于低扬程泵站的立式轴流泵和灯泡贯流泵进行了选型对比研究得出结论:灯泡贯流泵装置效率比立式泵装置高,但综合考虑工程造价、年运行费用及检修维护等因素后,淮安四站灯泡贯流泵方案投资高于立式轴流泵方案,淮阴三站灯泡贯流泵方案投资与立式轴流泵方案相近。综合技术、经济、生产能力及可靠性等方面比较,随着泵站设计扬程和平均扬程的降低,贯流泵的优势明显。对灯泡贯流泵装置的应用作了较为详尽的研究,灯泡贯流泵装置因其泵轴卧式安装,进、出水流平顺贯通,水流条件好、水力损失小的优点,可在泵站扬程较低的条件下得到较高的泵装置效率,对于扬程特别低的泵站理论上是最为合理的泵型。

图1:某泵站泵房剖面图

某泵站泵房剖面图

但由于到目前为止大型灯泡贯流泵机组在国内外的实际应用并不多,因而在大型灯泡贯流泵装置的设计、制造及运行管理等方面还相当缺乏经验。


竖井贯流式机组,是一种新型的低扬程泵站结构形式,它将电机、齿轮箱安装在钢筋混凝土竖井内,ca88手机版进、出水流道顺直,泵站装置效率高,结构简单,工程投资省,便于管理、维护,便于实现双向抽水。


研究认为竖井式贯流泵装置宜采用前置式布置,即竖井布置在进水侧;竖井段的流道设计应以流道断面变化平顺,水泵进口流速分布均勻,流向尽可能垂直于进口断面为原则。采用雷诺平均纳维一斯托克斯方程(RANS)和标准湍流模型,运用SIMPLEC算法,对椭圆型线前置竖井贯流进水流道内的流动进行了三维数值计算。研究结果表明:采用椭圆型线设计的竖井进水流道合理,大型低扬程泵站采用卧式竖井贯流结构,可获得较高的效率。分析竖井两侧流道的结构形式,对竖井内设备的结构与安装进行了研究,提出了改进建议:竖井双向贯流泵站可在河网地区的农田排涝灌溉泵站工程及城市防洪排涝引水泵站工程中推广应用。


卧式轴伸泵装置也是一种贯流泵装置,它的主要特点是泵轴穿过流道,电机、轴承及传动设备等均设在流道外面,结构简单、造价低、管理方便,水泵装置效率也不差。与灯泡贯流泵相比,卧式轴伸泵装置最大的优点在于:电机布置在流道外面,结构上避免了灯泡贯流泵装置的缺点,解决了运行管理上的隐患。卧式前轴伸泵装置的能量性能介于前置灯泡贯流泵装置和后置灯泡贯流泵装置之间,并且在结构和投资方面具有较为突出的优点,因此可成为大型低扬程泵站选用的一种水泵装置型式。


泵站进水流道可分为开敞式进水流道(进水池)和封闭式进水流道(有压管道)两大类。各种不同的进水流道尽管型式不一样,但都是泵站前池与水泵叶轮室之间的过渡段,其作用是使水流从前池进入水泵叶轮室的过程中更好的转向和加速,提供满足水泵叶轮室进口所要求的水流。开敞式进水流道结构简单、施工方便,在中小型泵站中的应用非常广泛。大型泵站大多采用封闭式进水流道。设计要求进水流道出口断面流速分布均勻且无环量、水力损失小、无回流及旋涡等。


出水流道是导叶体与出水池之间的过渡段,其作用是为了使水流在流入出水池的过程中更好地转向的扩散,在不发生旋涡的条件下最大限度地回收动能,水泵导叶出口的流态会影响出水流道的流态。虹吸式、直管式出水流道应用和研究相对较多。出水流道的型线对于流道水力损失的影响是目前诸多对流道水力性能的影响因素中研究得比较多的,很多科技工作者已经对进水流道进行了研究。


针对环量影响,ca88手机版厂提出无出流环量后导叶的设计以减少出水流道的损失,提高泵装置效率。其原因是:出水流道为渐扩弯管,流动无旋时,边壁切应力较大,在扩散角较大和转弯处极易形成脱流,水力损失较大。当流动有较小的旋转时,正如水轮机能提高尾水管回能系数,其离心力可以阻止或减少边壁脱流,从而减小出水流道水力损失。而通常轴流泵出口旋流使出水流道水力损失增加是旋流过大的缘故。因此,泵出口存在最优旋流,使出水流道水力损失最小,出水流道扩散角及弯曲弧度愈大,最优旋流强度愈大。


对一定形状的出水流道,流经流量一定时,并不是无旋流时的水力损失最小。这是因为,当液体无旋进入扩散管时,边壁切应力较大,在扩散角较大和转弯处极易形成脱流,从而增加水力损失。相反,如果略微保持点旋转,在离心力的作用下,可近迫使液体紧贴管壁运动,这样就有可能避免脱流区的产生或扩大,从而改善了扩散管的工作,也提高了扩散管的水力效率。此外,由于旋转着的液体运动是螺旋的,它能够把弯管附近旋涡区内的液体挟持到其它地方,同时又把其它地方的液体移到原来的旋涡区,这样就能够阻止旋涡区扩大,从而提高了弯管的水力效率;出水流道扩散角及弯曲弧度愈大,最优旋流强度愈大;将后导叶出口安放角增大至96°-105°,可以减小或消除出口剩余环量,减小出水管水力损失,提高ca88会员登录装置效率4%-8%。


关于中隔墩对进、出水流道水力性能的影响:

进、出水流道设置中隔墩可能出于以下两方面的考虑:(1)结构上的需要,如设置闸门槽、改善流道顶部受力等;(2)为了改善流道的水力性能。


过去已有一些研究发现,设置中隔墩的出水流道内存在较为明显的偏流现象表现为出水流道左、右两孔拍门的幵启角度不同,说明左、右两孔的流量是不等的。对这一现象尚未进行更深入的研究。


中隔墩对大型泵站进、出水流道水力性能的影响,过去并没有引起足够的重视。中隔墩的设置除了会增加流道施工的难度外,在多大程度上会影响到出水流道的水力性能,对此问题目前还缺乏明确的认识。


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点击次数:  更新时间:2017-12-22 09:05:29  【打印此页】  【关闭