大型泵站裝置特性預測及優(yōu)化設計研究.pdf

1、本文系作者以主要身份參加的水利部項目“水泵效率表達及原模型效率換算研究”、江蘇省水利廳項目“泵站水力模型選擇及裝置研究”和南水北調東線江蘇水源有限公司委托課題“大型泵站流道優(yōu)化設計及試驗研究”的部分研究成果。
　　 論文從功能原理出發(fā)，分析了水泵機械效率、水力效率、容積效率及總效率，提出較完善的理論表達式，并根據效率常數的換算來進行泵及泵裝置效率特性的預測；將依照斷面平均流速漸變的一維設計理論與三維紊流數值仿真手段有機結合，進行

2、肘形進水流道與虹吸式出水流道的優(yōu)化設計，并通過泵裝置模型試驗進行水力模型選擇，最終得到一種配置肘形進水流道和虹吸出水流道的高效率混流泵裝置，能夠適用于揚程變幅較大、效率要求較高的泵站工程；針對南水北調東線泗陽泵站的具體工程背景，經過多方案的優(yōu)化設計和試驗研究，最終得到水力性能優(yōu)良的蝸殼進出水流道型線方案，并使該流道形式的模型泵裝置效率達到了78％以上，達到或已超過常用流道型式立式泵裝置效率，已逼近貫流泵裝置水平，為渦殼進出水流道在大型低

3、揚程泵站中推廣和應用奠定了基礎；在充分考慮了水泵并聯(lián)運行時進水管和連接管水力損失的基礎上，引入所推導的水泵效率表達公式，建立了新的大型高揚程離心泵并聯(lián)運行的最優(yōu)控制數學模型，該模型更符合水泵并聯(lián)運行實際工況，并通過實際工程算例進行了驗證。
　　 本文取得的創(chuàng)新性成果和重要結論主要有：
　　 (1)從分析、表達泵內各種功率損失出發(fā)，運用相似理論，創(chuàng)新地從理論上建立適用于任意離心泵、軸流泵和混流泵及其泵裝置的效率表達式。所提

4、表達式不但表達水泵總效率，同時也表達水泵分部效率；不但表達水泵泵段效率，同時也可以表達包含流道特性的泵裝置效率?？捎糜阼b別和評價各種已有的泵（裝置）性能試驗結果；對開發(fā)、研制高效水力模型有指導作用。
　　 (2)創(chuàng)新地利用原模型泵及泵裝置的相似性實現水力損失、容積損失和機械損失各常數的換算，借以實現泵及泵裝置總效率和分部效率的換算。該換算式不是經驗公式，而是根據嚴密的數理關系推導得出的合理性公式，既能適用于泵，也能適用于泵裝置，

5、且能定量表達多種因素對效率換算結果的影響。
　　 (3)采用數學解析的方法和流速漸變的原則對肘形進水流道和虹吸式出水流道進行數學建模，開發(fā)了基于參數化的通用流道優(yōu)化設計軟件，并結合三維紊流數值仿真手段，針對具體泵站工程優(yōu)化設計出水力性能優(yōu)良的通用進出水流道型式，并通過泵裝置水力模型比選試驗優(yōu)選出優(yōu)秀的混流泵水力模型，最終使泵裝置效率在凈揚程5m左右就已接近80％，且高效范圍極寬，已達到國際領先水平。
　　 (4)首次通過

6、流道水工模型試驗、泵裝置模型試驗和三維紊流數值模擬及理論分析對蝸殼進出水流道進行了多方案的研究，優(yōu)化得到水力性能優(yōu)良的蝸殼進出水流道型線方案，并使該流道形式的模型泵裝置效率達到了78％以上，達到或已超過常用流道型式立式泵裝置效率，逼近貫流泵裝置水平，對南水北調東線工程低揚程泵站建設具有重要的參考價值。
　　 (5)首次考慮轉速的改變及水泵并聯(lián)運行時進水管和出水連接管的水力損失對泵站最優(yōu)運行方案的影響，引進具有較高擬合精度的新的泵