南水北调二级坝泵站贯流式水泵技术方案比选和装置模型试验研究

摘要

南水北调东线一期工程二级坝泵站工程具有扬程低，单机流量大，年运行时间长等特点。二级坝泵站位于南四湖中部、南水北调东线工程苏鲁省际交水断面上，且南四湖是东线工程的重要调蓄湖泊，因此，该泵站地理位置重要，是东线工程的咽喉要塞。二级坝泵站泵型宜采用灯泡贯流式水泵机组形式，泵站技术集成度高，贯流式水泵机组成套设备技术处于世界先进水平。二级坝泵站贯流式水泵技术方案的分析比选、定型和水泵装置模型试验，是该泵站工程建设中的关键性技术。贯流式水泵的主要技术性能既关系到机组性能的优劣，又关系到泵站能否长期经济、稳定运行。二级坝泵站贯流泵采用了灯泡体后置形式，中开式结构，水泵与电机直连，水泵运行工况调节采用高压变频器调速运行，并实现变频运行和工频运行的自动切换，水泵机组结构布置合理高效。本文通过对二级坝泵站水泵机组及辅助设备的制造承包商的三个水泵技术方案进行技术经济分析比选，促成并选定了最佳技术方案，通过CFD流态数值模拟分析预测了水泵主要技术参数，并通过水泵装置模型试验对该贯流泵主要技术性能进行了验证。在大型贯流式水泵主要技术性能比选定型、CFD流态数值模拟分析、水泵装置模型试验等方面做了有益的探索研究，取得了主水泵叶轮直径增大一级、主电机额定转速降低一档、水泵装置CFD数值模拟分析建模更接近实际、水泵装置模型试验更完善准确并获得一次性验收通过的成果，有关研究成果已经应用到二级坝泵站工程中。本文属首次对大型低扬程贯流式水泵的技术方案比选、CFD流态数值分析和水泵装置模型试验等关键性技术进行系统研究，较好地结合了引进国际先进贯流式水泵设备与技术转化消化工作，所做工作对建设南水北调一流泵站工程具有重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1南水北调东线一期工程概述

1.1.2山东省南水北调工程建设情况

1.1.3二级坝泵站亟待研究的关键技术

1.2国内外研究动态

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.3本研究课题的提出

1.3.1选题

1.3.2研究内容

第二章 二级坝泵站贯流式水泵技术方案及其比选

2.1泵站净扬程、流量和水泵主要技术性能要求

2.1.1泵站净扬程、流量

2.1.2水泵主要技术性能要求

2.2水泵技术方案比选

2.2.工水泵主要技术性能及分析

2.2.2各方案经济比较

2.3专家咨询意见

2.4选定方案的评价

2.5原始模型应用业绩

2.6本章小结

第三章 二级坝泵站CFD流态模拟分析简介

3.1目标

3.2优化设计过程

3.3解析方法及边界条件

3.4解析结果及评价

3.4.1水头损失的分布

3.4.2速度失量

3.4.3 CFD数值模拟分析计算的泵段和装置特性曲线

3.4.4解析结果的评价

3.5本章小结

第四章 二级坝泵站水泵装置模型试验

4.1水泵模型及装置模型

4.2装置模型测试项目

4.2.1能量试验

4.2.2空化试验(NPSH试验)

4.2.3飞逸特性试验

4.2.4水压脉动试验

4.2.5 Winter-Kennedy试验(流量压差试验)

4.2.6四象限试验(全特性试验)

4.3从模型到真机的换算公式

4.3.1换算公式

4.3.2模型泵与真机的参数

4.4试验台的精确度和试验仪器仪表的率定

4.4.1试验仪器仪表的率定

4.4.2试验台的精确度

4.5模型试验方法

4.5.1能量试验

4.5.2 NPSH试验

4.5.3飞逸特性试验

4.5.4压力脉动试验

4.5.5 Winter-Kennedy试验

4.5.6四象限试验

4.6水泵装置模型试验结果及结论

4.6.1试验结果

4.6.2试验结论

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

附图1

致谢

攻读学位期间参加课题及发表论文情况