大型泵站进水流道技术改造设计探讨.docVIP

精品论文 参考文献 大型泵站进水流道技术改造设计探讨 惠州市华禹水利水电工程勘测设计有限公司广东惠州 516000 【摘要】大型泵站进水流管道技术目前存在着许多的缺陷，本文通过对大型泵站进水管道技术改造设计进行探讨，通过计算机模拟以及相应的数值计算，将几种不同的改造方案进行比较，从而选出最优的方法，对以后泵站进水管道技术的改进提供了一份参考资料。 【关键词】进水管道；泵站；涡带 1引言 进水流道的出口流态对于水泵的进水条件有很大的决定性作用，它对水泵的汽蚀性能、能量性能以及安全运行性能有着直接的影响，因此在对进水流道的水力设计以及模型试验的过程中要给与很高的重视。本文以南水北调东线工程某大型泵站的进水流管道设计方案为例。把设计方案中的水泵进水条件以及流道水力损失看作为流道水力设计的目标函数，然后在根据计算机数值进行模拟、比较，从而得到最优秀的进水流道设计方案。 2进水流道的演变过程 在对进水流道进行设计的过程中，通过多次模拟试验发现，随着进水流道的形状不断变化，但其水头的损失并没有明显的变化。所以，为方便施工，把H／D 值压缩至1.5，将弯管的断面设计为方形，拿掉导水锥，使得形状既不是完全的钟形，也不是肘形。下图为异形的钟形进水管道。 但是，在该站建成之后，试验发现机组会有间歇性强烈振动，尤其是在低扬程大流量的情况下。针对这些问题，重新进行研究发现，引起水泵机组振动的原因是间歇性的涡带。为了解决这一缺陷，设计人员将进水流道的形状改为了圆弧形，也就是现在大多说的机组仍然在用的半肘形进水管道。如图2所示。 虽然改造之后，涡带消失，但是机组汽蚀噪音问题比较严重，于是有关人员又对进水管道进行了改造，用混凝土填补了流道后部两侧 涡流区，并在流道后部设置了混凝土中隔板，如下图3所示。 3进水流道水力设计优化 目标函数 进水流道的水头损失对水泵装置的效率有着直接的影响，因此人们对此格外的关注。实际来说，在正常的设计情况下，进水流管道的长度是比较短的，从进口到出口过水断面的面积不断收缩，在一定的变化范围内，水头损失的差异有限；但是在水泵进口断面处的速度分度和压力分布是否均匀对水泵的汽蚀特性、工作稳定性以及能量特性有着很大的影响。所以，在对进水流道进行优化时要考虑两方面的内容：水头损失以及进水条件。 3.1水头损失 为了方便对不同的进水流道设计方案进行比较，进水流道的的水头损失用流道阻力系数以及水头损失系数两种方式表达，计算公式为： ----进水流道水头损失系数 -进水流道阻力系数 Delta;h in ———进水流道设计流量下的水头损失, 等于进、出口断面单位重量水体总能量之差( m); Va ———进水流道出口断面轴向平均流速( m/s); Qd ———水泵装置设计流量( m3/s); g ———重力加速度( m/s2)。 3.2进水条件 3.2.1轴向流速分布均匀度eta;。轴向流速分布均匀度eta;是评价进水流道出口水流的技术指标,eta;值越接近100%,水泵的进水条件越好,按下式进行计算： eta;———进水流道出口断面轴向流速分布均匀度(%); Va ———进水流道出口断面上水流的轴向平均流速( m/s); Vat ———进水流道出口断面上计算单元的轴向流速( m/s); n ———进水流道出口断面上的计算单元数 。 3.2.2出口水流偏流角theta;。进水流道出口水流与轴向水流之间的夹角 theta;,称为出口水流偏流角。由于出口水流在出口断面上分布不均匀 ,故有最大、最小和平均偏流角之分。偏流角越小,水泵的进水条件越优良。速度加权平均的出口水流偏流角theta;按下式进行计算： theta;———出口水流速度加权平均偏流角( deg); Vti ———出口断面计算单元的切向速度( m/s)。 4进水流道水力特性分析 下图4为三种进水流道横剖面Y=1m处流场图。从图4可以看出，在进水流道直段，由于过水断面逐渐收缩，水流流动方向没有突变，表现出的流态都较好，但在弯曲段由于水力设计不同，流态有显著差异。图4(a)异形钟形进水流道在弯曲段没有收缩，过水断面不仅没有沿程减小，反而增大，因而导致水流