采用物理模型試驗和數值模擬方法,對南方某大型斜式軸流泵裝置的流態、能量特性等方面進行了分析和研究。研究表明,效率與流量關系曲線趨勢吻合良好且隨葉片安放角度的增大,吻合程度增高。在偏離設計工況時,效率誤差在±5%之內,而在最優工況附近,誤差進一步降低, - 2°葉片安放角度時,最優工況效率誤差為1. 71%。

1、前言

　　近年來,為滿足防洪、排澇、灌溉等要求,我國沿海地區興建的泵站越來越多,這些新建的泵站一般揚程較低,設計揚程約為2～4m,多數選用斜式泵站。其中斜式軸流泵因其良好的水力性能、較小的開挖深度等優點,受到了更多的關注,尤其是低揚程大流量工況下,在傳統立式、臥式機組不適合使用,貫流機組又不十分完善的情況下,斜式軸流機組是一種比較好的選擇^[1]  。然而由于泵軸傾角越大,流道彎曲得越厲害,這可能導致流道的流態不好,降低泵站裝置的效率。目前國內外對斜式軸流泵的水力性能研究還不成熟,本文同時采用物理模型試驗和數值模擬計算方法,對南方某大型斜30°軸流泵裝置的流動特性和能量特性進行了研究,這對進一步優化改進斜式軸流泵型式,以獲得更好性能的水泵裝置提供了參考^[2、3]  。

2、研究方法

　　某泵站安裝了4臺2000ZXB l5 - 3. 2斜式軸流泵機組,機組葉輪直徑為2000mm,單機設計流量為15m³/s,水泵轉速為187.5r/min,總裝機容量3200kW,工程等別為Ⅱ等,工程規模為大(2)型。

2.1、物理模型試驗方法

　　分別調整葉片安放角為±4°、±2°及0°進行試驗^[4]   。試驗臺循環管路系統橫剖圖如圖1 所示,試驗臺按照SL140 - 2006《水泵模型及裝置模型驗收試驗規程》進行設計與建造^[5]  ,試驗綜合誤差為±0. 4%。試驗臺為立式封閉循環系統,總容量為50m³ ,主要設備由尾水箱、壓力水箱、電磁流量計、供水泵(或輔助泵) 、電動閘閥、手動蝶閥、<500管道等組成。試驗臺主要參數為:揚程H = - 5～20m;流量Q = 0～1m³ /s;扭矩M = 0～200N /M;轉速n = 0～2000 r /m。

圖1　試驗臺循環管路系統

4、結論

　　(1)斜式軸流泵的流態分布對泵裝置的效率具有顯著的影響,數模計算得到的流態分布情況與模型試驗的結果是相符的。在同一流量下,數值模擬計算結果的效率略低于試驗實測值,效率與流量關系曲線趨勢吻合良好且隨葉片安放角度的增大,吻合程度增高;

　　(2)在最優工況點附近,數值模擬計算能夠比較準確的預測斜軸泵裝置的效率。因此數值模擬方法能對以后實際斜式軸流泵工程中進行不同的方案初選和能量特性的預測提供參考。

參考文獻

　　[1] 　陳容新. 斜式軸流泵水導軸承自動供油裝置[J]. 中國農村水利水電, 2003, 6: 36237.
　　[2] 　關醒凡,袁壽其,劉厚林,等. 高比轉數斜流泵模型的試驗研究[J]. 中國農村水利水電, 2003, 5: 59260.
　　[3] 　周正富,陳松山,何鐘寧,等. 斜式軸流泵裝置模擬計算研究[J]. 中國農村水利水電, 2009, 4: 65268.
　　[4] 　鄭源,張德虎,劉益民,等. 貫流泵裝置能量特性試驗研究[J]. 流體機械, 2003 (2) : 124.
　　[5] 　SL14022006,水泵模型及裝置模型驗收試驗規程[S].
　　[6] 　蔣小欣,王玲玲,李龍,等. 數值模擬及可視化技術在旋轉水力機械設計中的應用[J]. 河海大學學報:自然科學版, 2006, 34 (4) : 4092413.
　　[7] 　胡德義,王為人,李慶生,等. 太浦河泵站斜15°軸伸泵水力動態力分析[J]. 水力發電學報, 2002, 3: 81286.
　　[8] 　王福軍. 計算流體動力學分析2CFD軟件原理與應用[M]. 北京:清華大學出版社, 2004.
　　[9] 　張永學,李振森. 流體機械內部流動數值模擬方法綜述[J]. 流體機械, 2006, 28 (7) : 27229.
　　[10] 　Spalart P R. Strategies for turbulence modelling andsimulations [J]. International Journal of Heat andFluid Flow, 2000, 21: 2522263.
　　[11] 　蔣小欣,王玲玲,鄭源,等. 特低揚程泵站水力性能研究[J]. 水利水電科技進展, 2007, 27 (5) : 10213.