导叶结构对斜流泵水力特性的影响

为研究混流式核主泵内部流动情况,提高核主泵的水力效率,对不同结构导流体的混流式核主泵水力模型的三维湍流流场进行了数值模拟,研究导流体结构对混流式核主泵模型水力性能的影响。结果表明：对于只加导流环、导叶叶片对称布置的导流体模型泵,当导流环方案为l=15mm、θ=15°时,模型泵水力效率值最高;对于不加导流环、导叶叶片非对称布置的导流体模型泵,当γ1取24°时,模型泵水力效率值最高;对于加导流环、导叶叶片非对称布置的导流体模型泵,当导流环方案：l=15mm、θ=15°、导叶叶片布置方案γ1=24°时,模型泵水力效率值最高。研究结果揭示了不同结构导流体对核主泵模型泵内部流场的影响规律,为高效水力模型优化设计提供参考。

针对国内外规范对导叶开启时间的不同规定,结合理论推导和数值计算实例,分析了不同的导叶开启时间对水电站过渡过程的影响。实例研究结果表明,大波动过渡过程中的蜗壳动水压力、沿管道轴线的压力分布以及调压室阻抗孔口压差等参数均随导叶开启时间变化而变化。通过研究得到如下结论:国际电工技术委员会标准推荐的增负荷时间30～40s是合理的;在并入小网的水力干扰过渡过程中,需要将运行机组最大初始开度限制在最大临界开度之内,才能保证运行机组转速收敛于额定转速,以满足发电机和电网对调节系统的要求。

水利学报 2005年1月shuilixuebao第1期 1 文章编号:0559-9350(2005)01-0120-05 导叶开启时间对水电站过渡过程的影响 王丹，杨建东，高志芹 (武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072) 摘要：针对国内外规范对导叶开启时间的不同规定，结合理论推导和数值计算实例，分析了不同的导叶开启时间对 水电站过渡过程的影响。实例研究结果表明，大波动过渡过程中的蜗壳动水压力、沿管道轴线的压力分布以及调 压室阻抗孔口压差等参数均随导叶开启时间变化而变化。通过研究得到如下结论：国际电工技术委员会标准推荐 的增负荷时间30～40s是合理的；在并入小网的水力干扰过渡过程中，需要将运行机组最大初始开度限制在最大临 界开度之内，才能保证运行机组转速收敛于额定转速，以满足发电机和电网对调节系统的要求。 关键词：

本文论述并比较了目前工程实践中双向抽水泵站的几种实施方式,针对潜水泵的技术特点,提出一种半可调导叶式潜水贯流泵的设计思路,用实例论述其实施方式,并在工程实践中获得运用,取得了良好效果。

nd值和淹没深度——轴流泵贯流泵斜流泵选型 1、nd值的确定 n是泵的转速，d是叶轮直径，nd值是表示轴流泵汽蚀性能的重 要参数。 泵的转速和汽蚀性能有关，限定nd值就等于限定叶片进口外处 缘的相对速度。目前国内模型泵试验时的nd值为435，这时的叶片 进口最大相对速度已超过20m/s。实际泵为安全起见，一般nd值要 小于435。 对于应急使用，短时间运行的泵站，如排涝泵站，选取较大的nd 值尚可接受。但是，对于南水北调这种调水泵站，要长期连续运行， 应尽量避免汽蚀，万万不可把转速选高，nd值应控制在400以下， 一般nd值取350～400。采用低转速大直径方案满足低扬程需要，也 就是用较高扬程的模型在较低扬程下使用，是一种值得推荐的方法。 混流泵的汽蚀损坏比轴流泵轻，可选用较大的nd值，电厂用的nd 值一般取450～550. 2、确

针对3种带有不同集流器的后置导叶式轴流通风机,采用商业软件numeca进行整机的数值模拟,计算了各自的性能曲线。对比、分析了集流器对轴流通风机性能的影响,研究了集流器与整机的匹配问题,为提高轴流通风机的性能提供了依据。

72lkxa-26立式斜流泵 　　斜流泵又叫做导叶式混流泵，具有占地面积少、外径小、易启动以及效率高等优性，是一种 性能和结构介于离心泵和轴流泵之间的水泵，补偿了两者的缺点同时具有两者的优点，。斜流泵 的比转速在290～590,目前其应用范围也开始逐渐向其他泵类产品的领域拓展。 　　tkx(s)、lkx(s)、lbx(s)型立式斜流泵，适合作大型火电站和核电站的循环泵，作冶金、城 市和农田给排水和工矿工程泵，用来输送55℃以下的清水、雨水、污水以及海水。 　　72lkxa-26立式斜流泵型号说明： 　　80lkxc-20a 　　80-泵的吐出口径(寸，即2000/25=80) 　　l-表示立式斜流泵，t表示叶片可调; 　　k-表示泵转子可抽出，b表示转子不可抽; 　　x-表示泵吐出口在基础层之下，s表示吐出口在基础层之上; 　　c-泵的设计顺序; 　　20-泵设计点扬程; 　　

88lkxa-27.5立式斜流泵 　　斜流泵又叫做导叶式混流泵，具有占地面积少、外径小、易启动以及效率高等优性，是一种 性能和结构介于离心泵和轴流泵之间的水泵，补偿了两者的缺点同时具有两者的优点，。斜流泵 的比转速在290～590,目前其应用范围也开始逐渐向其他泵类产品的领域拓展。 　　tkx(s)、lkx(s)、lbx(s)型立式斜流泵，适合作大型火电站和核电站的循环泵，作冶金、城 市和农田给排水和工矿工程泵，用来输送55℃以下的清水、雨水、污水以及海水。 　　88lkxa-27.5立式斜流泵型号说明： 　　80lkxc-20a 　　80-泵的吐出口径(寸，即2000/25=80) 　　l-表示立式斜流泵，t表示叶片可调; 　　k-表示泵转子可抽出，b表示转子不可抽; 　　x-表示泵吐出口在基础层之下，s表示吐出口在基础层之上; 　　c-泵的设计顺序; 　　20-泵设计点扬程

采用连续方程、动量方程、交错网格和simplec算法求解,对xp300-3型新型低比转数旋转喷射泵矩形叶轮、转子腔和集流管的内部流动进行了全三维数值模拟.分析了旋喷泵内部流动规律,得到了转子腔及集流管内部流动的速度场、压力场及湍动能的分布规律.设计了5种不同进口形状的集流管,并分别整体组合,比较了该5种模型的优劣,找到了集流管内部流动的一些规律.分析及数值模拟结果表明:集流管椭圆型进口长半轴跟转子腔半径相一致,长短半径相差不大更有利于解决过水断面充分入流的问题,进而减少其水力损失;通过对数据结果进行综合平衡分析和比较,得出了最优的参数组合.研究结果可为旋喷泵的性能预测以及集流管的优化设计和能量损失分析提供理论依据.

介绍循环水泵(斜流泵)在电厂中的作用、结构及工作原理,分析循环水泵供水不足带来的危害,为满足电厂增容改造需求。根据现场运行条件进行分析,寻找简单、可靠、有效、节约改造成本的最优方案,结合电厂斜流泵的结构,编制改造方案,运用叶片泵设计原理对其叶轮进行水力设计,设计后的叶轮进行图纸装配,叶轮制造及电厂实际安装试验,达到预期效果,满足电厂增容改造需求,安全稳定运行,节约改造成本,缩短改造时间。

利用有限元分析软件数值求解不同工况下混流泵的内部流场,了解前置导叶调节工况的基本规律,以改善混流泵在非设计工况运行时的水力性能。在叶轮叶片进口部位读取液流流入叶轮时绝对液流角、相对液流角、和绝对速度圆周分量的值,分析其随前置导叶安放角改变而变化的规律。结果表明,叶轮进口绝对液流角小于前置导叶安放角,流量越小相差的幅度越大;大流量工况下进口预旋调节的效果比小流量工况更为明显;在一定流量范围内,通过进口导叶调节使得叶轮进口液流满足无冲击进口或者较小冲角进口条件,可有效地改善混流泵在非设计工况的水力性能。

利用cfd数值模拟方法代替传统水力性能试验对不同结构参数尺寸的齿形迷宫滴头流道内流场进行模拟计算,充分发挥其快速、低成本的优势,选取流量系数、流态指数和水头损失系数3个指标来分析齿形迷宫滴头流道结构参数对滴头工作性能影响的规律。结果表明,齿角度α对流量系数的影响最大,其次是偏差量j,齿高h对其影响最小;齿角度α对流态指数的影响最大,其次是偏差量j,齿高h对其影响最小。

利用商用软件fluent6.2,在双坐标系下,对雷诺时均n-s方程进行离散,采用标准的湍流模型和simple方法进行求解,对5种不同的叶片包角叶轮与同一个蜗壳的耦合流场进行了数值模拟,得出了低比转速污水泵叶轮与蜗壳内的压力和速度分布规律,为低比转速污水泵的性能预测,水力设计和优化设计提供了依据.包角为190°的叶片工作面流速分布优于其他包角叶片工作面的流速分布,且该叶轮在隔舌附近产生高压区的面积明显小于其他包角的叶轮,选择优化后包角为190°的叶轮试验并与泵外特性模拟预测结果进行了对比.结果表明:若不改变泵水力部件其他几何参数,随着低比转速叶片包角由小向大变化,泵的内流特性存在较明显的差异,泵效率存在极大值.

通过fluent前处理软件gambit对md40-6.3多级清水离心泵的导叶进行三维建模,生成网格,利用fluent对设计工况下的三维紊流场进行了计算,得知:速度流经扩散段逐渐减小,压力逐渐增大,从反导叶出口的速度值可以看出反导叶出口的速度大于下级叶轮进口速度,且出口处产生了旋涡,并且在压力图上可以看到在出口区产生了一个低压区等流动特征.以此证明了此反导叶设计的不合理,为改进其线型、轴间震度及叶片厚度的变化规律提供了依据.

介绍斜流泵和轴流泵的新型吸入喇叭口、新型吸入喇叭口与传统喇叭口相比的优点,以及新型吸入喇叭口的设计与实际应用。

运用商用cfd软件fluent,对旋流自吸泵内部三维流场进行了数值模拟.计算采用标准k-ε模型,选择多重参考系模型将叶轮流场与蜗壳流场进行动静耦合,得到导壁附近的压力场及湍动能流场的分布规律.分析了导壁包角结构对流场的影响,建立了性能预测模型,通过对导壁包角分别为55,°65,°70°这3种结构尺寸模型的性能预测对比,探讨了导壁结构对于旋流自吸泵性能的影响.分析可知导壁结构对性能有一定影响,65°包角为最佳导壁结构.通过预测与试验结果的对比,二者结果较为一致.

利用cfd数值模拟和试验两种方法,以y80—100低比转速离心泵为研究对象,分析了离心泵叶轮出口盖板形状与水力性能的关系,对传统的圆弧形盖板和新型的直边型盖板进行了研究.从理论上分析了直边型盖板对离心泵性能曲线的影响.利用有限体积法对雷诺时均navier-stokes方程进行离散,选用rngk-ε湍流模型,压力和速度耦合采用simple算法,对两种水力模型在7种不同工况下分别进行数值计算,由数值计算结果重点分析了小流量工况下两种模型内部流场的动压、静压分布情况,并绘制性能曲线,预测曲线与试验曲线基本一致.研究表明:新型的直边型盖板具有消除性能曲线驼峰,提高泵的流量、扬程的特点.研究成果有较好的实际工程应用价值.

为了研究斜流泵叶轮和导叶由于动静相干作用(rsi)而引起的压力脉动规律,基于标准k-ε湍流模型、simplec算法和滑移网格技术,根据叶轮和导叶叶片数及其叶片厚度设计了多种计算方案,并对不同方案的斜流泵模型进行了非定常数值模拟.采用叶轮进口、叶轮出口和导叶内部布点监测压力的方法获得了压力脉动曲线,并基于时域图分析了叶轮叶片数、导叶叶片数及其厚度对斜流泵内部压力脉动特性的影响.数值计算结果表明:斜流泵叶轮叶片动静干涉对整个流场的压力脉动影响较大,叶轮叶片数越少,叶轮进、出口压力脉动幅值越大;在设计工况下,导叶内部的压力脉动波形主要受叶轮叶片数影响,而导叶厚度对导叶内部压力脉动影响较小.研究结论将为斜流泵的设计和稳定运行提供参考.

为提高导叶式混流泵的水力性能,开展了叶顶间隙、叶轮叶片数、叶轮叶片安放角和叶轮叶片厚度对导叶式混流泵水力性能影响的研究.运用cfd软件ansyscfx12.0,基于剪切应力输运(sst)湍流模型和simplec算法,采用分块结构化网格技术,对导叶式混流泵内流场进行了数值模拟.计算结果表明:导叶式混流泵的扬程、功率和效率都随叶顶间隙的增大而降低;扬程和功率随叶轮叶片数的增加而增大的幅值渐小,叶轮叶片数过多或过少对导叶式混流泵效率都不利;不同叶片安放角时扬程、功率的差别随流量增大而逐渐增大,通过叶片安放角的调整可实现泵最高效率点的偏移并改变高效区的范围;泵最高效率点随叶片厚度减薄而向大流量偏移,且最高效率有所提高.在满足制造工艺与安装要求的前提下,对影响导叶式混流泵水力性能的各因素进行优化选择可提高导叶式混流泵的水力性能.

根据不同的导叶进、出口角,设计4组带导叶的基于单级离心泵反转的能量回收水力透平模型,应用计算流体动力学软件fluent6.3对其进行数值模拟.结果表明:同一流量,随着导叶进口角的增大,透平的效率和水头均显著下降,在最优工况点,模型a比模型d水力效率高出7%.进口角一定,出口角大于进口角时,导叶出口速度环量减小,透平效率降低;反之,出口角小于进口角时,导叶出口速度环量增加,透平效率提高.随着进、出口角的增大,最优工况点向大流量区域偏移,转轮内部压力分布均匀性变差.因此导叶进口角对能量回收水力透平的性能有决定性作用,进口角大于出口角有利于效率的提高.对于其他基本尺寸确定的能量回收水力透平,存在最佳的导叶进、出口角,且导叶进、出口角对透平的外特性和内流场均有很大的影响.结果为能量回收水力透平的进一步研究提供了一定的理论基础.

为了分析叶轮叶片厚度和导叶叶片厚度对混流式核主泵能量性能的影响,分别设计了3种不同叶片厚度的叶轮和3种不同叶片厚度的导叶,建立不同叶片厚度下的9种方案,通过数值模拟的方法分析了9种方案在设计工况下混流泵水力性能的变化情况。结果表明:叶轮叶片厚度变化对混流泵水力性能的影响明显高于导叶叶片厚度,且导叶叶片厚度变化对混流泵水力性能的影响不大。

为深入研究后置导叶对轴流泵装置性能的影响,结合南水北调北坍泵站模型机组试验,利用gambit软件,基于雷诺时均navier-stokes方程,选用s-a湍流模型与simplec算法对模型泵进行数值模拟。对比模拟结果与试验结果的外特性,并观察其内流场特性,发现在无导叶时叶轮出水后方区域流动紊乱,流线出现明显的旋转,安装导叶后较好地改善了轴流泵的内流态,有助于提高轴流泵的做功能力。