李彦军[1]2003年在《低扬程大型泵站停泵动态特性理论研究》文中指出我国已建及计划待建的大型泵站工程多为低扬程泵站。停泵动态特性是大型低扬程泵、泵装置、泵站重要运行特性之一，但其研究成果却很少，不适应实际工程要求。从理论上探求和掌握大型低扬程泵站停泵动态特性，对于提高泵站工程设计水平，降低工程投资，实现科学管理，保证泵系统、泵站安全可靠运行具有十分重要意义。 本文从理论上分析了大型低扬程泵站停泵过渡过程中泵机组动力特性、泵装置动力特性及流体动力学有压非恒定管流运动特性等，分别建立了停泵动态过程(正转正流、正转逆流、逆转逆流)中泵及泵装置诸工作参数随时间变化的数学模型，并针对具体数学模型进行计算求解。针对大型低扬程泵站过渡过程的具体特点，利用刚性水锤理论，对事故停泵时泵处的边界条件方程进行改进，并结合泵装置水力特性，得出大型低扬程泵站停泵过渡过程简易计算方法的数学模型；针对具体数学模型编制程序进行计算求解。最后结合具体工程资料对本文所提出的停泵过程两种计算模型的正确性进行了验证。本文所建数学模型可供泵站工程研究、设计、运行应用。
陈松山[2]2007年在《低扬程大型泵站装置特性研究》文中提出本文研究以南水北调东线工程、城市防洪重点工程建设和大型泵站更新技术改造为背景。以低扬程大型泵站为研究对象,运用叁维湍流数值模拟和实验研究相结合的方法,系统地研究了泵站工程过流构筑物中新型进水流道、出水流道内流场特性及水力特性,对比测试分析了常见流道的水力特性,提出了泵站新型进、出水流道型线参数确定的原则和方法。从理论上推演分析建立了泵装置动力特性预测数学模型;系统地研究了泵装置起动、停泵过渡过程,建立了完整的起动动态特性数学模型,提出了停泵动态特性计算方法。1.基于叁维紊流数值模拟,以大型计算流体力学软件Fluent为平台,采用时均N-S方程(RANS)和κ-ε流模型,运用SIMPLEC算法,数值模拟了钟形、竖井贯流和簸箕形进水流道的内流场。以流道出口速度均匀度、速度加权平均角、水力损失大小为评价目标函数,研究了钟形进水流道不同喇叭口悬空高度的内流场特征和水力损失特性,提出了喇叭口悬空高度的合理取值范围。构建了钟形进水流道模型试验装置系统,利用五孔探针测试了不同喇叭口悬空高度时流道出口断面的流速分布,并与数值计算结果进行了比较分析,得出了带泵的流道出口速度分布规律。数值计算揭示了竖井贯流、簸箕进水流道内流场特征、特征断面的流速及水力损失规律,并对竖井贯流泵装置特性、簸箕形进水流道水力特性进行了试验研究,提出了竖井贯流、簸箕形进水流道的优化特征型线及控制尺寸。2.运用叁维湍流数值模拟的方法,对近年来应用于特低扬程大型泵站中的一种新型出水流道—箱涵式出水流道内流场特征及水力特性进行分析研究。研究中,针对喇叭出口设导水锥和不设导水锥,分别设计了不同喇叭口悬空高度、不同喇叭管型线、不同后壁距、不同后壁型线以及无扩散喇叭管等方案,数值模拟各方案流道内流场,预测旋涡发生位置和形态,得出了流道纵向剖面、喇叭口及出水柱状面上速度分布规律,预测并分析流道水力损失规律。构建模型试验装置系统,制作物理模型,对各数值计算方案进行系列试验研究,测得各方案流道的水力损失,观测了流道内水流流态,研究得出了流道水力损失随流道几何特征参数变化规律。根据数值计算和试验研究的结果,提出了新型箱涵式出水流道优化设计方法。对常见的虹吸式、直管式和钟形出水流道,设计并制作物理模型,测试并比较其水力损失。3.从流体力学基本原理出发,运用相似理论中的方程分析法,系统地分析泵装置动力特性、汽蚀特性、飞逸特性的相似模拟方法,阐述了相似准则之间的关系、参数换算比尺。从理论上分析和表达了水泵机械效率、水力效率、容积效率、水泵效率及泵装置效率。根据模型泵(或泵装置)试验数据,利用最小二乘法拟合及牛顿迭代法计算泵效率(或泵装置效率)表达式中拟合系数,将模型水泵各工况点效率分解为水力效率、容积效率和机械效率,实现了各部分效率按各自公式换算,提出了水力效率、容积效率、机械效率、管道效率、泵及泵装置效率换算的新方法,建立了低扬程大型泵站动力特性预测数学模型。4.在分析低扬程泵装置机组暂态电气特性、动力特性和管道中空气动力学特性基础上,结合水泵相似率,从理论上系统地研究了拍门断流直管式出流泵装置起动动态特性、虹吸式出水流道泵装置起动动态特性以及快速闸门断流直管式出流泵装置起动动态特性,并分别建立了相应的起动过渡过程数学模型。5.基于刚性水锤理论,分析和表达了低扬程大型泵装置水力特性和机组动力学特性,并运用最小二乘曲面拟合方法仿真模拟了水泵全性能曲线。为合理地在停泵动态特性计算中引入全特性曲线稳态参数,研究中,提出将水泵瞬态扬程分解为稳态扬程和惯性水头扬程,与之相应水阻力力矩、推力轴承摩擦力矩也分解为稳态力矩和惯性水头引起附加力矩,方程中稳态参数,即可用基于曲面拟合的全特性曲线方程代入,从而建立贯流泵站事故停泵、液压快速闸门断流停泵动态特性计算有限差分非线性方程组,并给出了计算方法、步骤和计算实例。
黄良勇[3]2006年在《低扬程大型泵站过渡过程特性研究》文中提出低扬程大型泵站主要用于提水排涝、灌溉工程及国家战略性调水工程中。21世纪,解决水资源问题是世界诸多国家头等重要的大事。就我国而言,一方面北方缺水是多年以来急切需要解决的突出问题;另一方面,南方特别是华东、中南各省(市)在雨季及时排涝也是关系到国民经济发展和人民生命财产安全的大事。如何使低扬程大型泵站安全、可靠地运行,掌握其起动和停机时的过渡过程特性是非常必要的。本文主要以带虹吸式出水流道的大型低扬程泵站为对象研究泵站的起动过渡过程特性。针对虹吸式出水流道分析机组起动开始到水流越过驼峰为止过渡过程的水动力特性。假设流道属刚性管系,不计水体压缩性,推导出了起动任意时刻泵扬程和力矩表达式。假设流道内气体未达虹吸驼峰顶处真空破坏阀排气压力前的起动过渡过程处于绝热压缩状态,运用能量方程结合动量方程和刚性水击理论,计算分析出了流道中的气体压力在起动过渡过程中的变化规律。运用前人提出的电动机起动过程中瞬态端电压的近似计算公式,首次提出起动过程计及电动机定子端电压变化影响的电磁力矩的近似实用表达式。在分析各力矩表达式的基础上,联合泵装置水动力特性和空气动力特性的表达式首次建立起表达泵系统起动动态特性数学模型。针对数学模型的具体形式,寻求求解的具体数值方法,并进行编程求解,揭示出大型低扬程泵站起动过渡过程的特性。在大型低扬程泵站中,当水力装置水头较低,管道较短时,发生水击的相数很高,无需考虑系统弹性的影响。因此在基于能量特性的低扬程大型泵站停泵过渡过程特性研究中,利用刚性水锤理论分析了大型低扬程泵站停泵过渡过程中泵机组动力特性、泵装置水动力特性及流体动力学有压非恒定管流运动特性等,推导出了低扬程泵装置停泵过渡过程力矩平衡方程,分别建立了停泵动态过程(正转正流、正转逆流、逆转逆流)中泵及泵装置诸工作参数随时间变化的数学模型。为适应工程实际的需要,针对大型低扬程泵站过渡过程的具体特点,把一维管流刚性水击基本方程与水泵全特性曲线苏特变换方程结合起来,对事故停泵时泵处的边界条件方程进行改进,首次提出大型低扬程泵站停泵过渡过程简易计算方法的数学模型,揭示了大型低扬程泵站停泵过渡过程中各种重要参数诸如转速、流量、扬程、转矩等随时间变化关系。在推导过程中首次提出了利用苏特全特性曲线求停泵过渡过程中水泵流量-扬程曲线的方法,建立了停泵过渡过程简易计算的力矩平衡方程式,利用水泵全特性曲线的矩形域最小二乘曲面拟合的数学模型和停泵动态特性计算联合求解的方法。本文所提出的停泵过渡过程理论解决了以往对低扬程大型泵站停泵过渡过程无法求解的难点,对泵站的合理设计和安全可靠运行具有重要的理论意义和实用价值。论文还结合淮阴一站、淮阴二站、樊口泵站和花兰窖泵站具体工程资料对本文所提出的起动和停泵过程几种计算模型的正确性进行了验证。实例验证表明,本文所建数学模型是正确的,可供泵站工程研究、设计、运行应用。
陈松山, 何钟宁, 周正富, 潘光星, 严登丰[4]2007年在《低扬程大型泵站停泵动态特性计算》文中认为基于刚性水锤理论,分析和表达了低扬程大型泵装置水力特性和泵机组动力学特性,并运用最小二乘曲面拟合的方法仿真模拟了水泵的全性能曲线,建立了事故停泵动态特性计算的有限差分非线形方程组,采用了牛顿-莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解。该数学模型被应用于模拟南水北调淮安叁站贯流泵机组事故停泵过渡过程计算。
柴丽娜[5]2005年在《大型排水泵站超驼峰运行压缩空气与活页式快速闸门的应用研究》文中进行了进一步梳理20世纪50、60年代以来,我国沿海地区兴建了数百座大型排水泵站,其出水流道多为虹吸式形式。该流道包括上升段、顶部驼峰段及下降段,适用于设有堤防的排水泵站。驼峰顶部高程按略高于出水池最高设计水位确定,可起到挡水作用,其上设有真空破坏阀,采用破坏顶部真空的形式进行断流,其断流措施对水流无阻力,运行可靠。然而,近年来,一方面由于江河水文条件的变化,水位逐年提高,使得超驼峰水位频繁出现;另一方面,随着社会经济的发展,排水区的排水标准有所提高;为了减轻内涝灾害,迫切要求在超驼峰水位下开机排水。此时,必须研究解决超驼峰水位下机组启动和事故停泵等问题,以确保超驼峰水位运行下泵站机组安全。为此,本文建立了一套完整的处理超驼峰状态下泵站运行改造措施。 本文首先对大型排水泵站超驼峰运行的各种断流方式进行了分析和评价,指出了传统断流方式在具体运用中存在的技术难题,提出了在超驼峰状态下,利用压缩空气技术及新型活页式快速闸门独立或联合运用实施机组启动、停机及防止江水倒灌的系列技术措施。从理论上分析了泵系统启动及事故停泵过渡过程中电动机、轴流泵及流道的过渡过程特性,建立了描述其启动及停泵过程的数学模型。通过编程计算,得出泵装置在过渡过程中流量、扬程等参数随时间变化的情况,并以此设计了启动排气装置、压缩空气断流装置、活页式快速闸门装置。同时对单独设有活页式快速闸门的泵站,进行了停机过渡过程分析计算,建立了闸门下落运动的数学模型。最后以湖北嘉鱼余码头泵站为例,进行了压缩空气断流装置在超驼峰水位下实施启动及事故停泵过程的计算,并进行了活页式快速闸门在超驼峰状态下启动及事故停泵的启门及下落过程的计算,为工程设计提供了一套压缩空气装置及活页式快速闸门装置的设计方法。
黄良勇, 李彦军, 严登丰, 袁寿其[6]2006年在《低扬程泵装置停泵过渡过程分析》文中提出针对大型低扬程泵站进出水流道较粗且较短的具体特点,忽略弹性水锤的影响,利用刚性水锤理论,并结合泵装置管路特性、泵机组的动力学特性和相似理论,建立事故停泵时泵的边界条件方程,得出大型低扬程泵站停泵过渡过程动态特性简易计算方法的数学模型和求解方法。通过具体计算实例与工程现场实测结果的比较,表明提出的计算模型是正确的。该数学模型对我国泵站工程设计和安全运行有一定参考价值。
陈松山, 周正富, 何钟宁, 葛强, 严登丰[7]2008年在《贯流泵站液压快速闸门断流停泵过渡过程分析》文中研究表明基于刚性水锤理论,分析了贯流泵站泵装置水力特性、泵机组动力学特性,并运用最小二乘曲面拟合方法仿真模拟了水泵全特性曲线;建立了贯流泵站液压快速闸门断流停泵过渡过程计算的有限差分非线形方程组,并采用牛顿-莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解.利用该数学模型数值模拟了南水北调淮安第叁抽水站贯流泵机组停泵过渡过程,结果表明,该数学模型能较好地模拟贯流泵站停泵过渡过程.
陈松山, 严登丰, 蒋丽君, 陆伟刚, 王林锁[8]2004年在《低扬程水泵装置停泵过渡过程的近似计算》文中研究表明根据低扬程泵装置管路特性、水泵机组的动力学特性和停泵过渡过程中泵系统能量守恒原理以及泵相似理论 ,并结合现场实测停泵过渡过程曲线的特征点 ,提出了低扬程泵站停泵泵工况动态特性计算的数学模型。
宋静[9]2006年在《快速闸门断流立式轴流泵站停机过渡过程数值模拟》文中研究说明泵站是水利工程的重要组成部分,在排涝、灌溉、调水以及城市供水、工业用水、航运、发电等许多方面发挥了极为重要的作用,有力地提高了各地防御自然灾害的能力,促进了国民经济的发展,并为国民经济的可持续发展提供了强有力的支撑。到目前为止,全国已建各类固定泵站约50万座,其中大型泵站工程300余座。随着国民经济的发展,根据规划还要兴建更多大型泵站工程,包括举世瞩目的南水北调泵站工程在内。停泵过渡过程的研究是大型立式轴流(混流)泵、泵装置、泵站重要研究内容之一,但其研究成果却很少,不适应实际工程中要求,因此有必要对停泵过渡过程加以研究。 作为泵站截流闭锁装置,快速闸门已成为大型泵站截流闭锁装置的主要型式之一。泵站快速闸门的“快速”主要是停机时要求及时截断水流,可靠地保护主机泵。因此,快速闸门能否安全、快速地下落,对于保护主机泵是至关重要的,另外,快速闸门检修方便,水力损失小,可节省工程投资,是一种较为理想的断流闭锁装置。 本文根据快速闸门的实际运用情况,同时结合了高精度南水北调工程水泵模型同台测试试验台上开展的模型泵全特性试验,试验主要包括水泵工况、水泵制动工况和水轮机工况,以一个转轮为对象,做3至5个叶片安放角度的全特性试验。用数值模拟常用的SUTER曲线表达,建立数据库,利用刚性水锤理论,对事故停泵时泵处的边界条件方程进行改进,并结合泵装置水力特性,得出大型低扬程泵站停泵过渡过程简易计算方法的数学模型,针对具体数学模型编制程序,计算快速闸门的闭门总历时。
杨婷婷[10]2014年在《泵站蜗壳形流道采用活动导流盖断流的应用研究》文中研究说明低扬程泵站的泵装置效率问题一直是研究泵系统的重点和难点,本文从低扬程泵站的进、出水流道及断流装置入手,采用蜗壳形进、出水流道,并结合活动导流盖断流结构。通过理论分析与现场实施,证明在低扬程泵站中采用此设计是可行的,值得推广和应用。在低扬程泵站中采用新型蜗壳形进、出水流道,其原理在于：新型蜗壳形进水流道在保持流道宽度不变的条件下,将蜗壳段弧线曲率半径适当加大,可加大吸水喇叭管直径,减小蜗壳断面及喇叭管下柱形断面流速,改善水泵进口水流流态,减少水力损失；新型蜗壳形出水流道在保持流道宽度不变的条件下,将蜗壳段弧线曲率半径适当加大,可加大扩散管直径,减小扩散管出口及蜗壳断面流速,减少水力损失。严登丰教授通过模型试验,得出在相同扬程条件下,采用优秀水力模型、正常流道宽度、净扬程5m左右时,D=0.3m模型泵装置效率可提高3～5%,最高可达到79～80%,接近或达到平直流动的贯流泵装置理想的效率指标。相对于传统断流装置中存在的开启时水头损失大、闭合时撞击力大及开启速度慢等问题,结合低扬程及特低扬程泵站采用新型蜗壳形进、出水流道,加上出水流道可配套采用新型断流装置——活动导流盖,具有重要创新意义。活动导流盖断流结构具体结构为：于泵出口“倒置喇叭管”与泵站密封盖板之间设置容重接近水容重的活动导流盖,水泵正常运行时,导流盖因动水压力作用向上浮起,不产生附加水力损失；停泵后因自重力及喇叭管口水体吸力而下落并密闭止水。与现行常用断流装置相比,既具有节能意义,并可进一步减少、简化泵站附属设备,节约工程投资。通过对新型活动导流盖开启及关闭的一系列力学分析,结合句容市发区焦家排涝泵站,通过现场实施,验证蜗壳形进、出水流道配套活动导流盖断流装置的新型结构在低扬程泵站中可安全、稳定运行。
参考文献：
[1]. 低扬程大型泵站停泵动态特性理论研究[D]. 李彦军. 扬州大学. 2003
[2]. 低扬程大型泵站装置特性研究[D]. 陈松山. 江苏大学. 2007
[3]. 低扬程大型泵站过渡过程特性研究[D]. 黄良勇. 江苏大学. 2006
[4]. 低扬程大型泵站停泵动态特性计算[J]. 陈松山, 何钟宁, 周正富, 潘光星, 严登丰. 水力发电学报. 2007
[5]. 大型排水泵站超驼峰运行压缩空气与活页式快速闸门的应用研究[D]. 柴丽娜. 武汉大学. 2005
[6]. 低扬程泵装置停泵过渡过程分析[J]. 黄良勇, 李彦军, 严登丰, 袁寿其. 农业机械学报. 2006
[7]. 贯流泵站液压快速闸门断流停泵过渡过程分析[J]. 陈松山, 周正富, 何钟宁, 葛强, 严登丰. 河海大学学报(自然科学版). 2008
[8]. 低扬程水泵装置停泵过渡过程的近似计算[J]. 陈松山, 严登丰, 蒋丽君, 陆伟刚, 王林锁. 农业机械学报. 2004
[9]. 快速闸门断流立式轴流泵站停机过渡过程数值模拟[D]. 宋静. 河海大学. 2006
[10]. 泵站蜗壳形流道采用活动导流盖断流的应用研究[D]. 杨婷婷. 扬州大学. 2014