采用物理模型试验和数值模拟方法,对南方某大型斜式轴流泵装置的流态、能量特性等方面进行了分析和研究。研究表明,效率与流量关系曲线趋势吻合良好且随叶片安放角度的增大,吻合程度增高。在偏离设计工况时,效率误差在5%之内,而在最优工况附近,误差进一步降低, 叶片安放角度时,最优工况效率误差为1. 71%。
1、前言
近年来,为满足防洪、排涝、灌溉等要求,我国沿海地区兴建的泵站越来越多,这些新建的泵站一般扬程较低,设计扬程约为2～4m,多数选用斜式泵站。其中斜式轴流泵因其良好的水力性能、较小的开挖深度等优点,受到了更多的关注,尤其是低扬程大流量工况下,在传统立式、卧式机组不适合使用,贯流机组又不十分完善的情况下,斜式轴流机组是一种比较好的选择; 。然而由于泵轴倾角越大,流道弯曲得越厉害,这可能导致流道的流态不好,降低泵站装置的效率。目前国内外对斜式轴流泵的水力性能研究还不成熟,本文同时采用物理模型试验和数值模拟计算方法,对南方某大型斜30;轴流泵装置的流动特性和能量特性进行了研究,这对进一步优化改进斜式轴流泵型式,以获得更好性能的水泵装置提供了参考 。
2、研究方法
某泵站安装了4台2000ZXB l5 - 3. 2斜式轴流泵机组,机组叶轮直径为2000mm,单机设计流量为15m3/s,水泵转速为187.5r/min,总装机容量3200kW,工程等别为Ⅱ等,工程规模为大(2)型。
2.1、物理模型试验方法
分别调整叶片安放角为4deg;、2deg;及0deg;进行试验 。试验台循环管路系统横剖图,试验台按照SL140 - 2006《 水泵模型及装置模型验收试验规程》进行设计与建造;,试验综合误差为0. 4%。试验台为立式封闭循环系统,总容量为50m3 ,主要设备由尾水箱、压力水箱、电磁流量计、供水泵(或辅助泵) 、电动闸阀、手动蝶阀、500管道等组成。试验台主要参数为:扬程H = - 5～20m;流量Q = 0～1m3 /s;扭矩M = 0～200N /M;转速n = 0～2000 r /m。
4、结论
(1)斜式轴流泵的流态分布对泵装置的效率具有显著的影响,数模计算得到的流态分布情况与模型试验的结果是相符的。在同一流量下,数值模拟计算结果的效率略低于试验实测值,效率与流量关系曲线趋势吻合良好且随叶片安放角度的增大,吻合程度增高;
(2)在最优工况点附近,数值模拟计算能够比较准确的预测斜轴泵装置的效率。因此数值模拟方法能对以后实际斜式轴流泵工程中进行不同的方案初选和能量特性的预测提供参考。
参考文献
[1] 陈容新. 斜式轴流泵水导轴承自动供油装置[J]. 中国农村水利水电, 2003, 6: 36237.
[2] 关醒凡,袁寿其,刘厚林,等. 高比转数斜流泵模型的试验研究[J]. 中国农村水利水电, 2003, 5: 59260.
[3] 周正富,陈松山,何钟宁,等. 斜式轴流泵装置模拟计算研究[J]. 中国农村水利水电, 2009, 4: 65268.
[4] 郑源,张德虎,刘益民,等. 贯流泵装置能量特性试验研究[J]. 流体机械, 2003 (2) : 124.
[5] SL14022006,水泵模型及装置模型验收试验规程[S].
[6] 蒋小欣,王玲玲,李龙,等. 数值模拟及可视化技术在旋转水力机械设计中的应用[J]. 河海大学学报:自然科学版, 2006, 34 (4) : 4092413.
[7] 胡德义,王为人,李庆生,等. 太浦河泵站斜15°轴伸泵水力动态力分析[J]. 水力发电学报, 2002, 3: 81286.
[8] 王福军. 计算流体动力学分析2CFD软件原理与应用[M]. 北京:清华大学出版社, 2004.
[9] 张永学,李振森. 流体机械内部流动数值模拟方法综述[J]. 流体机械, 2006, 28 (7) : 27229.
[10] Spalart P R. Strategies for turbulence modelling andsimulations [J]. International Journal of Heat andFluid Flow, 2000, 21: 2522263.
[11] 蒋小欣,王玲玲,郑源,等. 特低扬程泵站水力性能研究[J]. 水利水电科技进展, 2007, 27 (5) : 10213.
