大型虹吸式流道泵装置水力瞬变特性研究

【摘要】：虹吸式出水流道断流方式简便,在大型低扬程立式轴流泵站建设之中应用较多。对于该类型泵站而言,水泵起动过程中可能发生起动扬程过大、机组振动以及过载等问题;而在水泵停机过程中则可能发生飞逸转速过大的问题。这些问题的存在是泵站安全稳定运行的隐患。因此,开展立式轴流泵机组起动、停机过程中的水力瞬变特性研究具有重大意义。本文在模型试验验证了数值计算结果可靠性的基础上,对带虹吸式出水流道的立式轴流泵机组进行起动和停机过程开展数值计算研究分析,研究内容及取得的成果如下:(1)对机组过渡过程开展瞬态计算分析,对出水流道不带真空破坏阀与出水流道带不同孔径真空破坏阀分别进行数值计算研究,利用VOF方法进行气液两相的计算和对出水流道内气液交界面的追踪,揭示了出水流道排气过程;借助力矩平衡方程,利用UDF技术编制函数语言实现对叶轮转速的控制,进而开展机组飞逸与停机过程数值计算。(2)针对出水流道不使用真空破坏阀时的泵装置起动情况开展计算,通过对水泵各项参数的监测、出水流道流态分析以及气液两相交界面演变分析,揭示了机组通过水流夹气,将气体排出出水流道的过程。该方案起动总历时95s,最大起动扬程7.21m。(3)通过对带有400、500、600mm不同孔径真空破坏阀起动过程的数值计算结果显示,各方案起动过程中参数变化规律相近,各方案起动总历时分别为66s、63s和62s,比不带真空破坏阀方案缩短接近30%,各方案最大起动扬程分别为6.31、5.93和5.98m,较不带真空破坏阀方案相比降低最多18%。(4)对机组飞逸过程进行数值分析,监控得到水泵转速和叶片轴向力变化趋势及最大值。机组飞逸经历了水泵工况、制动工况以及水轮机工况三个阶段,0.41s机组流量回零,水泵最大飞逸转速178.44rad/s;对带真空破坏阀的正常停机过程开展数值研究,停机过程中1.15s机组流量回零,水泵最大倒转转速64.007rad/s。