摘要：为了解决南水北调淮安二站改造工程中,水泵水力模型TJ05-ZL-02与现场土建结构存在的轮毂比不对应的问题,该文基于CFD数值计算针对淮安二站主水泵进行改型分析研究。将轮毂比为0.4的TJ05-ZL-02水力模型改成轮毂比为0.4667的新模型,确保改型之后的水泵模型跟TJ05-ZL-02水力模型性能相似,能够满足淮安二站调水、排涝的工程要求,同时应适当减小流量系数,适当降低高效区扬程。在改型设计时,研究主要设计参数对轴流泵性能的影响,控制叶片性能变化的方向,采用CFD数值计算的方法,对设计参数改变后的轴流泵水力性能进行验证,确定最终的改型设计方案。通过数值模拟对TJ05-ZL-02和改型的最终设计方案进行泵装置性能研究。最后将改型方案的模型泵装置试验结果与数值模拟结果对比,近一步对改型方案的可行性进行论证分析。研究结果表明:改型后轴流泵性能高效区扬程和流量,完全能够满足淮安二站运行要求;改型后轴流泵装置效率超过了70%,而原先淮安二站运行效率仅有54%,效率提高近20%,提高了调水性能,节约了运行成本;同时研究成果对今后的轴流泵改型设计具有重要的指导意义。

摘要：为了研究轮毂比对轴流式叶轮水力性能的影响,针对比转数为743的叶轮,采用4种不同的轮毂比进行优化设计,得到4副不同轮毂比的叶轮.轴流式叶轮的优化设计应用多学科优化软件i SIGHT,采用梯度优化算法的序列二次规划法SQP,改变各翼型断面的叶栅稠密度和翼型安放角的大小,保证设计流量和设计扬程不变,实现效率最优.优化过程中应用数值模拟软件CFX,采用基于雷诺平均的N-S方程和标准k-ε模型,预测叶轮的扬程、效率和必需汽蚀余量值.通过数值模拟计算得到不同轮毂比叶轮的性能曲线.分析了同一比转数下,不同轮毂比对轴流式叶轮水力性能的影响.结果表明:轮毂比越大,叶轮效率越高,汽蚀性能越差,但是轮毂比对汽蚀性能的影响比较显著,必需汽蚀余量最大差别达0.9 m,对效率的影响较小,最高效率差别只有0.3%左右;轮毂比越大,扬程性能曲线斜率越大,最大扬程越高,马鞍区扬程范围越大,同时随着轮毂比增大,高效区范围较窄,并往小流量侧分布.

摘要：基于RNG k-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用流体计算CFD软件对钟型进水流道的轴流泵装置进行三维流动数值模拟以及水力性能的优化设计。通过先局部后整体的方法先单独对钟型进水流道进行优化,然后在整体泵装置内对弯管式出水流道进行优化,对进、出水流道进行三维参数化建模,进水流道以出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,出水流道以泵装置效率为目标函数,针对设计流量工况点,分别对进水流道和出水流道各控制参数方案进行数值模拟计算,分析不同控制尺寸对进、出水流道水力性能的影响。最后通过模型试验对优化方案数值计算结果进行可靠性验证。数值模拟和模型试验结果表明,优化后钟型进水流道的水力损失由0.348 m降低到0.148 m,钟型进水流道出口流速均匀度由54.59%提高到93.35%;弯管式出水流道的水力损失由0.464 m降低到0.415 m,通过优化流态得到了改善。模型泵装置试验在叶片安放角0°时,设计工况下泵装置效率达到74%,泵装置最高效率为76.47%,高效区运行范围较宽;进出水流道无漩涡产生,流态均匀,数值模拟和模型试验外特性曲线误差在5%以内,进水流道水力损失曲线趋势相同。运用数值模拟优化计算钟型进水流道的轴流泵装置,缩短了试验周期,节约了成本,可为同类泵站的设计和安全运行提供参考。

摘要：通过ANSYS Fluent软件对全贯流泵装置的停机过渡过程进行研究,主要探讨了停机过程中外特性和内流场,研究发现:全贯流泵的制动工况占整个停机过程的比值最小,飞逸转速约为设计转速的84%,飞逸流量为设计流量的1.17倍。间隙回流在停机过程中的流向始终从叶轮出口流向叶轮进口,且其流量整体呈现逐渐减小的趋势。在停机过程中,轴向力整体呈现下降的趋势;转子径向力整体呈现先减小后增大的趋势;叶轮进、出口的压力脉动先减小后增大,在制动工况达到最大值后,在水轮机工况迅速减小,直至进入飞逸工况趋于稳定。叶轮进口的压力脉动幅值是泵装置内最大的,约为叶轮出口的2倍。由于受到间隙回流的影响,在叶轮进口靠近轮缘区域存在一个小型旋涡,该旋涡的范围在水泵工况先减小,在制动工况突然增大,最后在水轮机工况和飞逸工况再次减小。叶轮进口旋涡的位置受到主流流向的影响逐渐向进口导叶方向转移。全贯流泵装置内部的熵产主要集中在以叶轮为首的下游域。随着停机过程的发展,泵装置内的高熵产区域逐渐向进口导叶的方向转移,高熵产区域的范围先减小后增大。全贯流泵泵段内高熵产率区域的位置和范围与旋涡出现的位置和尺寸相对应,这表明旋涡与脱流等不良流态是导致全贯流泵段内部熵产率较高的主要原因。

摘要：为满足轴流泵叶片的水力和结构性能,对轴流泵叶片采用基于i S I G H T的多学科设计优化。在确立叶栅稠密度及其沿展向变化规律、轮毂比和厚度比作为设计变量的基础上,建立了轴流泵叶片多学科协同优化模型,提出了协同优化算法在轴流泵叶片多学科设计优化过程中的改进方法,系统级采用约束松弛法,子系统级采用响应面法。经实例运行,证实了基于约束松弛的协同优化算法能够很好地解决轴流泵泵叶片设计中2个学科的耦合以及数据量大和数据关系复杂的问题。同时约束松弛法的引入又使得协同优化的计算收敛更快,可靠性更高。通过模型泵试验证实了多学科设计优化提高了轴流泵叶片的综合性能,可有效兼顾高效、轻量化的要求。

摘要：设计了一套内反馈电动机控制系统,根据整流逆变原理及其公式推导结果,设计了该系统的斩波器,用于内反馈电动机调速.将三相交流电压方程进行派克变换后转化为两相旋转坐标系下的电压方程,并结合前馈解耦控制策略得到三相电压型逆变器在dq坐标下的电压控制指令,设定q轴电流(无功电流)的给定值为0,即可实现该控制系统的单位功率因数控制.SVPWM控制器采样控制电压,并根据定子侧电压、电流信号的相位和大小产生驱动信号,控制逆变器的6个IGBT的开通和关断,将回馈的能量输送到定子附加绕组上,实现能量的二次利用.利用Matlab对该控制系统进行仿真试验,仿真结果表明:随着斩波器占空比的逐步减小,电动机的速度也在不断减小,电动机有功功率不断减少,而无功功率始终为0,说明电动机在平滑调速的同时能保持较高的功率因数.以江苏省某泵站为例,采用内反馈电动机作为泵站的主电动机后,该泵站一年节约了电费41.31万元,计算结果表明该泵站获得了很高的经济效益.

摘要：依据现行水闸设计规范,选取表征闸室安全性态的5个指标作为研究对象,筛选出对应的10个影响因素,并基于DRAM算法、BP神经网络以及Garson影响因素重要性度量指标,构建了水闸闸室单一和整体安全性态影响因素重要性分析方法。实例分析表明,方法合理可行。研究成果表明,对于闸室单一安全性态指标,上下游水深和风速对抗滑稳定和基底应力的影响较大,上下游水深对出口段渗透坡降的影响较大;对于闸室整体安全性态指标,上下游水深和风速的影响较大。

摘要：为了研究箱涵式泵装置进、出水流道的水力性能,采用了基于CFD数值模拟计算和模型试验的DOE正交设计试验方法。对进、出水流道进行三维参数化建模,以进水流道出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,针对进水喇叭管、导水锥和出水喇叭管、出水导流墩控制尺寸进行五因素四水平的正交试验设计。通过CFD数值模拟手段,针对设计流量工况点,分别对进水流道和出水流道各16个设计方案进行数值模拟计算,分析不同控制尺寸对进、出水流道水力性能的影响。最后通过模型试验对优化方案数值计算结果进行可靠性验证。数值模拟和试验结果表明,通过DOE正交设计方法进行进水流道优化设计,可以得到各控制参数对进水流道水力损失和出口断面均匀度的主次影响,进水流道最大水力损失达到8.56 cm,最小水力损失为3.91 cm,优化方案水力损失为3.65 cm,出口速度均匀度达到93.07%,较初始方案水力损失降低了1.31 cm,出口速度均匀度提高了1.17个百分点;出水流道最大水力损失为46.07 cm,最优组合出水流道水力损失为32.53 cm,较原始方案水力损失减小了7.96 cm。根据泵装置全特性曲线可知,该泵装置出水流道水力损失在设计工况下最小,最高运行效率达到70.04%,最高运行扬程为4.0 m,在设计扬程1.36 m时,效率为66.82%,对应流量为34.31 m3/s。模型试验最高运行效率达到71.5%,在设计扬程1.36 m时,试验运行效率在64%左右,与数值模拟结果吻合较好。

摘要：基于RNGk-ε紊流模型和雷诺时均N-S方程,运用CFD商用大型软件对箱涵式进出水流道立式轴流泵装置进行了三维流动仿真计算及水力特性的优化设计。通过先部分后整体的方法先独自对箱涵式进水流道进行优化计算,而后在整体泵装置上对箱涵式出水流道进行优化计算。进水流道的优化以出口断面流速均匀度和水力损失为目标函数,出水流道的优化则以泵装置效率和水力损失为目标函数。通过数值计算得出,优化后箱涵式进水流道的水力损失由7.52cm降低到3.49cm,进水流道出口流速均匀度由42.41%提高到89.11%,进水流道的悬空高度H和进水喇叭管与叶轮间的连接角度α对进水流道水力特性的影响显著,设计时应该重点考虑。箱涵式出水流道的水力损失由87.15cm降低到76.37cm,出水流道的设计应重点关注导流墩与出水喇叭管的半径差Δr和出水导流墩的半径R,合适的出水导流墩半径在0.75倍导叶出口直径左右。泵装置模型试验在叶片安放角-4°时,设计工况下泵装置效率达到75.0%,泵装置最高效率为75.67%,高效区运行范围较宽;对比数值计算和模型试验的结果可以发现误差最大处低于5%,整体性能曲线的趋势相对良好,说明数值模拟对于泵装置的优化是合理的,对于实际工程具有指导意义。

摘要：平面S形轴伸泵装置是低扬程泵站的重要装置,现有的平面S形轴伸泵装置效率较低,难以推广应用。对传统的S形弯管和流道进行优化设计,提出平面S形轴伸泵装置方案,通过CFD数值模拟计算,获得了全流道内部流场,显示了优良的流动特性,进水流道出口轴向流速均匀度达到99.2%以上。泵装置在高精度水力机械试验台进行试验,其性能在水泵叶片角2°下流量Q=244.21 L/s,扬程H=2.003 m,最高装置效率为78.35%。在叶片角-2°下,流量Q=232 L/s,扬程H=1.05 m,效率为68%,满足设计运行工况运行要求;叶片角-2°下最高效率点出现在Q=213.79 L/s、扬程H=1.74 m,效率为77.1%。泵装置最高运行扬程大于3 m,满足泵站最高扬程运行要求。模型泵装置试验的结果,验证了数值计算结果,二者在高效区一致。在叶片角度-4°、-2°、0°和2°,扬程1.7~2.0 m时,模型试验最高泵装置效率为77.1%~78.35%,达到实际工程应用的较高要求。高效平面S形轴伸泵装置在黄金坝闸站实际工程应用表明,泵机组运行平稳,性能良好。