大型泵站裝置特性預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、本文系作者以主要身份參加的水利部項(xiàng)目“水泵效率表達(dá)及原模型效率換算研究”、江蘇省水利廳項(xiàng)目“泵站水力模型選擇及裝置研究”和南水北調(diào)東線江蘇水源有限公司委托課題“大型泵站流道優(yōu)化設(shè)計(jì)及試驗(yàn)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(jī)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(dá)式，并根據(jù)效率常數(shù)的換算來(lái)進(jìn)行泵及泵裝置效率特性的預(yù)測(cè)；將依照斷面平均流速漸變的一維設(shè)計(jì)理論與三維紊流數(shù)值仿真手段有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行

2、肘形進(jìn)水流道與虹吸式出水流道的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)泵裝置模型試驗(yàn)進(jìn)行水力模型選擇，最終得到一種配置肘形進(jìn)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(yáng)程變幅較大、效率要求較高的泵站工程；針對(duì)南水北調(diào)東線泗陽(yáng)泵站的具體工程背景，經(jīng)過(guò)多方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究，最終得到水力性能優(yōu)良的蝸殼進(jìn)出水流道型線方案，并使該流道形式的模型泵裝置效率達(dá)到了78％以上，達(dá)到或已超過(guò)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(jìn)出水流道在大型低

3、揚(yáng)程泵站中推廣和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；在充分考慮了水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)進(jìn)水管和連接管水力損失的基礎(chǔ)上，引入所推導(dǎo)的水泵效率表達(dá)公式，建立了新的大型高揚(yáng)程離心泵并聯(lián)運(yùn)行的最優(yōu)控制數(shù)學(xué)模型，該模型更符合水泵并聯(lián)運(yùn)行實(shí)際工況，并通過(guò)實(shí)際工程算例進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 本文取得的創(chuàng)新性成果和重要結(jié)論主要有：
　　 (1)從分析、表達(dá)泵內(nèi)各種功率損失出發(fā)，運(yùn)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(dá)式。所提

4、表達(dá)式不但表達(dá)水泵總效率，同時(shí)也表達(dá)水泵分部效率；不但表達(dá)水泵泵段效率，同時(shí)也可以表達(dá)包含流道特性的泵裝置效率?？捎糜阼b別和評(píng)價(jià)各種已有的泵（裝置）性能試驗(yàn)結(jié)果；對(duì)開(kāi)發(fā)、研制高效水力模型有指導(dǎo)作用。
　　 (2)創(chuàng)新地利用原模型泵及泵裝置的相似性實(shí)現(xiàn)水力損失、容積損失和機(jī)械損失各常數(shù)的換算，借以實(shí)現(xiàn)泵及泵裝置總效率和分部效率的換算。該換算式不是經(jīng)驗(yàn)公式，而是根據(jù)嚴(yán)密的數(shù)理關(guān)系推導(dǎo)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(dá)多種因素對(duì)效率換算結(jié)果的影響。
　　 (3)采用數(shù)學(xué)解析的方法和流速漸變的原則對(duì)肘形進(jìn)水流道和虹吸式出水流道進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，開(kāi)發(fā)了基于參數(shù)化的通用流道優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，并結(jié)合三維紊流數(shù)值仿真手段，針對(duì)具體泵站工程優(yōu)化設(shè)計(jì)出水力性能優(yōu)良的通用進(jìn)出水流道型式，并通過(guò)泵裝置水力模型比選試驗(yàn)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(yáng)程5m左右就已接近80％，且高效范圍極寬，已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
　　 (4)首次通過(guò)

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