摘要：泵反转作透平应用领域广泛,除了可应用于可再生能源发电,还可应用于高能耗行业的高压余能回收,但其水力效率普遍偏低。为提高其水力效率,可结合水轮机水力设计理论,采用CFD方法进行水力性能优化。本文对离心泵反转作透平的叶轮采用正交实验方法进行了水力优化,该透平应用于海水淡化能量回收装置,运行额定转速12000 r/min,且部分外形尺寸已被限定。采用试验和数值方法,对优化后的透平水力性能与流动特性进行了详细分析,水力优化结果表明,与初始设计方案相比,采用正交优化后的叶轮内的流动分离和漩涡流等现象得到明显改善,透平的水力效率得到了较大提升;数值计算与试验的性能特性曲线趋势吻合良好,在额定转速下,随着水头的增加,水力效率先增加后减小,最优水力效率达85.47%;在偏工况下,离最优工况点越远,水力效率会相应降低,且内部流动状态变得更加复杂。

摘要：传统水泵水轮机设计方法设计周期长、成本高,且十分依赖于设计经验。为此,介绍了一套适用于水泵水轮机设计的多目标优化设计系统,利用该优化设计系统,以叶片载荷和叶片倾角为优化变量,以水泵额定工况点的机组效率、水泵空化性能、水轮机额定工况点的机组效率及水轮机最优工况机组效率为优化目标,对某抽水蓄能电站的水泵水轮机转轮进行了优化设计,得到了优化转轮。结果表明,该系统非常适用于转轮多目标开发设计,相比于初始转轮,优化后转轮4个优化目标均得到不同程度的提升;在水轮机额定工况下转轮流线分布明显改善,有效提高了转轮叶片最低压力值。

摘要：高比转速轴流泵广泛应用在防洪排涝等特殊场合,但其水力效率普遍偏低。为提高其水力效率,并达到节能效果,本文对比转速为1400轴流泵的叶轮与导叶采用正交试验进行水力优化,并探究优化前后泵的内流特性。先对轴流泵叶轮和导叶的几何形状进行参数化解析,对参数化后的控制尺寸设置控制因素,以水力效率为指标设计正交试验,并对正交试验结果进行极差分析,获得影响轴流泵水力性能的关键因素。依据关键因素下的相应水平,调整叶片翼型几何参数,获得叶轮与导叶正交试验优化后结果。结果表明,优化后的叶轮与导叶段的脱流与回流涡等现象均得到有效改善,且叶轮表面压力集中区域扩大,做功能力得到提高,使叶轮、导叶及出水管段的水力损失显著降低。正交试验得到的最终优化方案较于原型泵,其水力性能的水力效率提高了13.22%,且扬程提高至设计指标6.3 m。

摘要：轴流泵在偏离设计工况特别是小流量工况马鞍区附近运行时,流道内部强烈涡旋会造成剧烈的压力脉动,影响了泵组的安全稳定运行。本文以高比转速轴流泵为研究对象,对轴流泵5个流量工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨该轴流泵运行时的非定常流动特性。数值计算采用RNG k-ε湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与轴流泵性能特点研究结果一致。对0.2Q_(d)和1.0Q_(d)工况进行非定常计算,结果显示,相同位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,0.2Q_(d)工况下相同位置测点间的压力脉动峰峰值最大超过1.0Q_(d)工况下4倍,说明此时流道内的流态分布很不均匀。测点离叶轮和导叶越近,低频脉动的主频受动静干涉引起的3fn和5fn脉动幅值就会明显增强,0.2Q_(d)工况下流道内测点受动静干涉作用的影响更强,脉动幅值为1.0Q_(d)工况下相同位置测点的3~5倍,且在转轮和导叶流道内影响的范围更广。结果表明,0.2Q_(d)小流量工况运行时压力脉动比1.0Q_(d)设计工况明显剧烈,叶轮和导叶内受动静干涉作用的影响更强,导叶流道内充满了严重的流动分离和漩涡。

摘要：能量回收装置是反渗透海水淡化的核心节能装备,其性能指标决定海水淡化系统能耗和产水成本。本文通过对1656 m^(3)/d反渗透海水淡化系统开展无能量回收装置、PX能量回收装置、透平式能量回收装置三种工艺设计的能耗分析。结果表明,能量回收技术能够明显降低海水淡化系统能耗,在充分考虑背压和混合的情况下,使用PX能量回收装置和透平式能量回收装置的能耗分别为2.260 kW·h/m^(3)和2.572 kW·h/m^(3),但透平式能量回收装置工艺设备投资成本较PX能量回收装置低。研究结果为反渗透海水淡化工艺设计提供参考。

摘要：水泵水轮机“S”形特性对机组的水力过渡过程有着要的影响,“S”形特性的优劣是判定模型转轮研发成功与否的关键指标之一,对低比速水泵水轮机显得更为重要。为更深入研究转轮“S”形特性、模型转轮优化设计、水力过渡过程三者间联系,本文定义一种对“S”特性曲线定点定量的分析方法,利用不同试验特性曲线,通过水力过渡过程仿真分析加以判定,对“S”形曲线量化分析以探索三者之间的内在联系。研究表明全特性曲线中间等开度线“S”区弯曲程度对尾水管最小压力敏感性最强,等开度线在“S”区内单位流量与单位转速的比值越大,同一等开度线上飞逸单位流量越大,对提高尾水管进口最小压力越有利;叶片型式和活动导叶翼型优化设计可在一定程度上改善“S”形特性品质,提高甩负荷时尾水管最小压力值。本研成果在低比速水泵水轮机模型转轮研发和水力过渡过程优化计算方面均具有一定参考意义。