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《后置燈泡式貫流泵裝置模型的優(yōu)化與試驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、水利學報2010年10月SHUILIXUEBAO第41卷第10期文章編號：0559-9350（2010）10-1248-07后置燈泡式貫流泵裝置模型的優(yōu)化與試驗研究施衛(wèi)東，張德勝，關醒凡，曹衛(wèi)東（江蘇大學流體機械工程技術研究中心，江蘇鎮(zhèn)江212013）摘要：結(jié)合南水北調(diào)東線工程金湖泵站低揚程大流量工況要求，研制了貫流泵裝置水力模型。采用標準k-ε湍流模型和SIMPLEC算法，對該模型進行了全流場數(shù)值模擬，并對葉片出口和導葉之間的距離進行了優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明，當葉片出口和導葉之間距離為0.11倍葉輪外徑時，內(nèi)部流動較穩(wěn)定，裝置效率高；當該
2、距離為0.03和0.33倍葉輪外徑時，導葉出口分別形成了脫流區(qū)和旋渦區(qū)。流線運動軌跡表明導葉出口存在一定的剩余環(huán)量，呈螺旋流態(tài)進入出水流道，沒有出現(xiàn)局部旋渦。優(yōu)化后的裝置模型經(jīng)過3個不同試驗臺的試驗，結(jié)果基本相符。試驗結(jié)果表明，該模型流量大，效率高，在-4°葉片角下，最高效率達到79.40%；在2.92m揚程下，流量為329L/s，汽蝕比轉(zhuǎn)速為1267，效率達到79.15%，該模型可供南水北調(diào)工程及其他工程選用。關鍵詞：南水北調(diào)工程；貫流泵；水力模型；裝置試驗；數(shù)值模擬；優(yōu)化設計中圖分類號：TH311文獻標識碼：A1研究背景在南水北調(diào)東
3、線一期工程所規(guī)劃的21座泵站中，有9座泵站擬采用貫流泵，所占比例為42%。［1-5］我國對普通軸流泵的水力模型和裝置進行過廣泛而深入的研究。2004年，來自全國的27個模型參加了在天津進行的南水北調(diào)工程水泵模型同臺測試，這些模型現(xiàn)正優(yōu)先在南水北調(diào)等工程中使用。貫流泵燈泡體和普通的軸流泵有較大的差別，不能直接套用普通軸流泵的成果。近幾年來，陸林廣［6-7］［8］等基于FLUENT軟件對燈泡貫流泵裝置進行了流態(tài)分析和水力優(yōu)化，李龍等對軸伸式貫流泵裝［9］置進行了三維湍流數(shù)值模擬，嚴繼松等對某貫流泵站進行了能量特性研究。由于在我國此類泵裝置設
4、計應用較少，研究成果還遠不能滿足工程設計和建設的需要，因此南水北調(diào)東線工程曾引進國外貫流泵技術。藺家壩站采用了日本日立公司的技術，準陰三站采用了荷蘭艾荷公司的技術。為了在后續(xù)的泵站建設中能夠盡量多地使用國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的貫流泵技術，由江蘇省南水北調(diào)水源公司、江蘇大學、江蘇省水利勘測設計研究院共同組成課題組，結(jié)合金湖泵站，通過三維湍流計算和試驗對貫流泵裝置水力模型進行研究，并取得了階段性的成果。2裝置模型金湖泵站要求貫流泵裝置模型的最優(yōu)工況點揚程為2.0~3.0m，效率大于73.5%，汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)大于1100，運行揚程范圍1.0~6.0
5、m，比轉(zhuǎn)數(shù)在1100~1300之間。江蘇省水利勘測設計研究院對金湖泵站用的貫流泵裝置進行了初步設計，單線圖如圖1所示。［10］在此基礎上，本課題組對貫流泵裝置進行了設計，裝置流道模型見圖2。裝置的主要尺寸參數(shù)收稿日期：2009-03-31基金項目：國家“863計劃”資助項目（2007AA05Z207）；國家科技支撐計劃（2008BAF34B10）；國家自然科學基金資助項目（51079063）作者簡介：施衛(wèi)東（1964-），男，江蘇南通人，研究員，博士生導師，主要從事流體機械及工程研究。E_mail:wdshi@ujs.edu—1248—
6、如下：模型泵葉輪直徑D2=300mm，燈泡體直徑D1=282mm，燈泡比為0.94，流道部長度L=2174mm，流道進口尺寸為745.5mm×509.1mm，流道出口尺寸為600mm×689.8mm。基于本課題組系列高效軸流泵葉輪的環(huán)量統(tǒng)計規(guī)律，在葉片出口輪緣處增大環(huán)量，輪轂處減小環(huán)量，主流區(qū)等環(huán)量分布。設計時考慮的主要原則如下：（1）考慮軸流泵進口預旋，輪轂、輪緣等邊界條件對軸流泵環(huán)量分布和性能的影響；（2）通過減小輪轂側(cè)的葉片角和增大外緣側(cè)的葉片角，減小葉片扭曲度，擴大高效范圍；（3）葉片出口采用非線性環(huán)量分布。新設計的軸流葉輪直徑
7、D2=300mm，輪轂比為0.326，葉片數(shù)為3枚，導葉葉片數(shù)為5枚。模型如圖3所示。?153011402500500460014330035005600▽0.83000?50003600?46004800??▽-1.08009008004000500250030704150110008000200012500圖1金湖泵站貫流泵單線圖（單位：mm）過流面積變化示意圖1-12-2121L513141R100R100.1R120.1.1509282590458?1213141600.6.636351745.5628.216316370921
8、61103355394723-34-45-512151R2503141R125R.5.1150.1600520600.9745??407356?313.6.641510.8393.6630.62131511
