派河口泵站泵装置流道优化设计及模型试验研究

发布时间：2020-07-14 08:43

【摘要】：大型低扬程泵站在我国应用广泛,为保证经济繁荣发展、人民幸福生活、社会和谐稳定起到了不可磨灭的作用。派河口泵站是安徽省引江济淮工程的梯级泵站。该站提水扬程范围为1.4m～5.3m,总设计流量为301.5m3/s,为低扬程大流量泵站,其进出水流道的水力特性对泵站能否高效运行有着至关重要的影响。本文以派河口泵站工程为研究对象,采用物理模型试验和三维流动数值模拟进行泵装置的水力特性研究,主要研究内容和成果如下:(1)对泵装置模型试验进行设计。根据派河口泵站工程的设计情况,通过选型系数法和同类型换算法,分析比选南水北调天津同台测试TJ04-ZL-06和TJ04-ZL-19水力模型,选定更为适合的TJ04-ZL-06水力模型,并对模型制作过程、流量等基本参数的量测方法和能量、汽蚀、飞逸转速和脉动压力等水力特性的试验方法进行了设计。(2)阐述了数值模拟基本理论,确定了进水流道和出水流道流场计算所采用的边界条件及网格划分方法,并选取轴向流速分布均匀度、水流偏流角、水力损失和阻力系数作为进水流道水力性能评价指标,选择水力损失和阻力系数作为出水流道水力性能评价指标。(3)进、出水流道初步方案的数值模拟结果分析显示,派河口泵站肘形进水流道可为水泵叶轮室进口提供较为理想的进水流态;出水流道平直段内水流主流偏于左侧,在流道右侧及近隔墩左侧的下部存在大范围的旋涡区,水头损失较大,对泵装置能量性能有较大影响。初步方案试验结果表明,派河口泵站泵装置流量要求能够满足,但装置效率指标只能达到一般水平,在叶片角0°,设计扬程Hsy=4.8m时,流量为37.75m3/s,满足设计流量,装置效率72.65%,效率水平一般。在设计扬程Hsy =4.8m并+2°运行时,临界汽蚀余量NPSHc≌9.29m,水泵不会产生危害性汽蚀;叶片角-6°单位飞逸转速N0=248.8、最大排涝扬程Hsymax=5.3m时飞逸转速nf ≌ 184.74r/min,相当额定转速1.35倍,不会对水泵机组造成损坏;叶片角-6°条件下,压力脉动频率0.14ms,最大振幅+5cm,-5.7cm,不会有压力脉动危害。(4)对进、出水流道进行了水力性能优化,通过方案的比选,进水流道优选出水流转向平缓、收缩更为均匀、流道出口流速分布更为均匀的方案2,出水流道优选出水流转向有序、扩散平缓的方案4。受试验条件限制,采用原肘形进水流道和出水流道优化方案4进行了泵装置模型试验,设计工况下的装置效率在76.43%～77.14%之间,验证了数值模拟的准确性和优选方案的合理性。本文开展的派河口泵站泵装置模型试验及流道数值模拟研究的方法是,数值模拟来指导模型试验,模型试验验证数值模拟的准确性。通过对出水流道的优化,有效地提高了泵装置的效率,为派河口泵站工程的建设提供了重要的依据,对保证该工程安全、高效和稳定运行有着重要意义,也为今后类似的泵站工程建设提供了参考。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV675
【图文】：

图I.1派河口泵站站身例面图

逦３３０００逦ｊ逡逑图１．１派河口泵站站身剖面图逡逑逦９３２０Ａ逡逑１０８＾逦１１Ｓ０逦广２。。１逦１３。０逦ｆＳｔｆＳ0ｌ逦Ｍ。。逦｜口。0｜逦，３０°逦ｄ逦Ｈ０。逦ｆＳ＜ｆＳ１逦｜１２0。｜逦Ｍ。０逦｜咖。｜逦，１Ｓ。逦｜。。＾＊？叫逡逑＼＼．＼ＷＸ＼＇邋￣￣邋ｘｗｗｘｖ逦ｗｘｗｘｖ邋＇￣￣邋ｗｘ＼ｘｘ＼￣逦ｘｗｗ＾，ｖ逦ｗｘｗｘｖ邋￣邋＼ｗ＼＼ｗ邋￣邋ｘｗｗ＾ｖ邋￣｜邋￣Ｔ￣逡逑Ｉ逦ｔａ．邋＂Ｅｒｍ＇邋１邋｜邋力“ｉｖ邋Ｌ＿｜邋．逦＾￣逦ＭＳ＆＼￣“逦Ｌ、逡逑Ｉ邋？邋１１逦、傹中ｌ支幩ｊｉ邋酬邋＿逦５逡逑ｉ逦＾邋＾邋＾—ｉ邋ｖ邋＾邋＾逦＾邋＾逦ｉ邋ｉ邋ｖ逦３邋ｖ邋ｉ邋■」１邋｜邋＿邋？，逡逑ｒ１逦ｒ逦ｉ邋╁危咤危猓殄澹卞义希珏澹欤�ｌ５ｌｌ邋Ｉ逦１－ｌｆｔＢ邋Ｉ逦１－ｌｔＢ邋Ｉ逦１－ｌ．ｆｔＢ邋Ｉ逡逑ＲＳ逦Ｓ３逦Ｓ逦Ｓ逦Ｓ３逦Ｓ逦ＲＳ逦＼逡逑（局肩汽廔岕岕卿＾逡逑｜ａ0ａ逦８０００逦Ｉ邋！５００１逦？０００逦Ｈｏａｐｏｄ逦８０００逦１１５００１逦ｅｏｏｏ逦ＩＫ：逦８０００逦ＵｅｆｌＯＯｆｌ逦Ｍ００逦Ｍ５００Ｉ逦ＭＯＯ逦１１５００１逦ＭＯＯ逦丨邋ＯＯｌｊＫＳＯｌ逡逑图１．２派河口泵站进水流道层平面图逡逑

泵及泵装置动力性能试验中，扬程、流量、转速、轴功率等测定通过传感器和数据采逡逑集卡、数据处理器及专用软件形成专用微机测试系统，实现试验数据采样和自动处理、显逡逑示、储存，其中汽蚀余量并有图象显示功能。图２．１、图２．２分别为泵站试验台平面图、仪逡逑表控制柜照片；图２．３为微机实时显示屏照片。逡逑泵站流道水工模型试验场邋＾—逦１１１Ｘ１＝１邋贮水池逡逑：邋Ｉ邋ＩＺＺ邋逦逦逡逑逦Ｌ逦邋逦１逦逡逑「逦■逦■邋Ｉ逦Ｉ逦■逦Ｉ邋．逦Ｉ逡逑逦回水槽邋０５００玻璃钢回水管逦逦邋Ｕ逡逑Ｊ逦＾邋Ｉ逦闸闽水力测试板流朵比测绕流管＾＾流逡逑Ｓ逦室稳压桶、差拷变透器丨１■卜彳（配光室〕＾逦—｜邋＾！－逡逑调节池「逦：１ｉ0２５ｍ３压力箱邋ｎ逦Ｆ三＂ｆｆ三ｉ逡逑｜邋＾逦，邋，邋－ＬＬ逦ｌｊ邋ｊ逦１１逡逑Ｔｆｆｆｆｆｌ逦供邋ｉ逡逑Ｌ＿逦—二 ｓＬ逡逑Ｐｈ逡逑图２．１泵站试验台平面布置图逡逑

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本文编号：2754746