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乌江泵站水力模型选择及泵装置模型试验研究

作　者: 甄峰
导　师: 陆伟刚
学　校: 扬州大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 轴流泵叶轮更换模型试验能量特性数值模拟
分类号: TV675
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文针对乌江泵站主水泵改造工程实际情况,制定了更新改造方案,分析选择水力模型,并通过装置试验研究其改造后的水力性能,制定水泵运行方案。同时应用CFD仿真计算对进、出水流道进行了数值模拟计算。乌江泵站现安装6台2.8CJ-70轴流泵,水泵叶轮直径2.8m,转速150r/min,原设计扬程5.62m,设计流量21.0m3/s,配套同步电机TDC-325/360-40,单机容量1600kW。通过模型分析比选,TJ04-02模型运行特性较优,但TJ04-02流量较大,应用该模型需要偏负角度过大,因此针对乌江泵站更新改造工程,在TJ04-02模型基础上改进开发了WJ-12模型。将WJ-12叶轮配2.8CJ70导叶以及原进、出水流道组成泵装置,在扬州大学高精度泵站试验台上进行了水力性能试验。针对WJ-12叶轮,在模型泵上共测试了5个叶片角度：0o、-2°、-4°、-6°、-80,通过模型试验得到不同角度下水泵的动力特性,根据试验特性成果绘制出模型和原型的综合能量特性曲线。对水泵在不同叶片角度运行下的气蚀余量进行了测定,分别得到不同角度运行的气蚀性能结果和各叶片角度临界汽蚀余量的变化曲线,泵装置在不同特征工况下可安全、稳定的运行,能够满足改造后泵站的运行要求。运用FLUENT流体计算软件,采用三维紊流数值计算方法对乌江泵站进、出水流道内的流动分布进行模拟分析,截选特征断面,绘制剖面上速度等值线图,计算出进、出水流道水力特性指标,从而更全面地获得泵段性能。本文通过模型试验与数值计算相结合的研究方法,为乌江泵站叶轮改造工程的建设提供了重要的依据。同时,也对今后的大型泵站的改造建设提供了较好的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-15
  1.1 问题由来  10
  1.2 大型泵站水泵更新改造策略  10-13
    1.2.1 设计或选择优质水力模型  11
    1.2.2 更新水泵或更换零部件  11
    1.2.3 改变叶轮直径及叶片角度  11-12
    1.2.4 改变水泵转速  12
    1.2.5 新泵型的选择  12-13
  1.3 泵装置模型试验以及计算流体动力学研究概况  13-14
    1.3.1 泵装置模型试验研究概况  13
    1.3.2 计算流体动力学研究概况  13-14
  1.4 论文的主要研究内容  14-15
2 改造方案制定与水力模型选择分析  15-32
  2.1 改造方案的制定  15-16
  2.2 模型选择依据  16-17
  2.3 比选模型特性  17-22
    2.3.1 模型2.8CJ70(改)特性  17-19
    2.3.2 模型350ZMB3.8特性  19-21
    2.3.3 模型TJ04-02特性  21-22
  2.4 原型泵装置特性及特点  22-27
    2.4.1 不同模型的原型装置特性  23-24
    2.4.2 各原型装置的特点  24-27
  2.5 优选模型最大扬程适应性及运行特性  27-31
    2.5.1 模型350ZMB-3.8  27-29
    2.5.2 模型TJ04-02  29-31
  2.6 本章小结  31-32
3 模型试验主要内容  32-40
  3.1 乌江抽水泵站工程概况  32-34
    3.1.1 本次改造规划参数  32-33
    3.1.2 试验研究规程规范  33-34
  3.2 水力模型选择  34
  3.3 模型试验台简介  34-36
  3.4 模型装置制作  36-37
    3.4.1 水力模型特征参数  36
    3.4.2 试验转速  36
    3.4.3 流道模型制作  36-37
  3.5 试验量测与记录  37-38
    3.5.1 流量测试  37
    3.5.2 装置扬程测试  37
    3.5.3 扭矩、轴功率与转速测试  37-38
  3.6 试验方法  38-40
    3.6.1 模型装置的效率  38
    3.6.2 泵装置汽蚀特性  38-39
    3.6.3 泵装置的飞逸转速  39-40
4 模型装置能量特性试验结果  40-52
  4.1 模型装置效率特性试验  40-43
  4.2 原型泵装置效率换算  43-46
  4.3 模型装置汽蚀特性试验  46-48
  4.4 模型装置飞逸特性试验  48-50
    4.4.1 模型试验结果  48-49
    4.4.2 原型飞逸转速换算  49-50
  4.5 本章小结  50-52
5 流道三维数值模拟计算  52-64
  5.1 控制方程  52-53
  5.2 边界条件  53-54
    5.2.1 进水流道计算区域与边界条件  53-54
    5.2.2 出水流道的计算区域以及边界条件  54
  5.3 网格剖分及算法  54
  5.4 进、出水流道水力性能指标评价体系  54-55
  5.5 进水流道三维流场数值计算结果及分析  55-60
  5.6 出水流道三维流场数值计算结果及分析  60-63
  5.7 本章小结  63-64
6 总结与展望  64-66
  6.1 总结  64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-70

乌江泵站水力模型选择及泵装置模型试验研究

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