水泵改型前后的泵装置数值模拟

·150·20152015年49期水电工程工程工程技术技术水泵改型前后的泵装置数值模拟水泵改型前后的泵装置数值模拟卢强武警水电三支队一大队，贵州贵阳550000摘要：摘要：南水北调大型泵站水力模型在更新改造时，考虑到现场改造条件的限制，满足工程需求的水泵轮毂比可能不能保证一致，因此需要对水力模型进行改型设计。本文采用CFD技术预测改型前和改型后的泵装置性能，即在轮毂比不同的条件下，得到改型后的方案与改型前的方案泵装置性能，通过数值模拟结果的对比分析，得出了不同轮毂比下的泵装置性能的差异。并得出了当泵站更新改造时，轮毂比成为不可更改因素时，改型设计时可行的。关键词：关键词：更新改造；轴流泵；泵装置；改型中图分类号：中图分类号：TH312文献标识码：文献标识码：A文章编号：文章编号：1671-5586(2015)49-0150-04Axial-flowpumpmodificationresearchbasiconpumpdevicesimulationAbstract:Pumphydraulicmodeloftheselectionofpumpstationrenovation,duetothedesignofliftdecrease,takingintoaccountthefieldmodificationconditions,hubratioshouldkeeptheoriginalvalue,hencetheneedformodificationofhydraulicmodel.ThispaperadoptsCFDtechnologytopredictthepumpdeviceperformance,ensuretheaccuracycanmeettheengineeringrequirements,intheearlycontrolpumpremodelingofrationality.Keywords:Renovation;Axial-flowPump;HydraulicModel;Modification11概况概况由于泵站工程水泵机组设计不合理、运行时间长、设备老化等问题，导致水泵机组运行扬程长期偏离设计扬程、泵装置效率长期处于非高效区、水泵汽蚀非常严重[1]。因此，更新改造中必须对泵机组重新进行选型设计。在轴流泵设计方面国内外有大量的文献可以参考[2-6]，针对轮毂比不同对泵装置性能影响的文献国内还不是很多。本文选择轮毂比分别为0.4轴流泵模型，并在此模型的基础上将之改型设计使得改型的轴流泵模型轮毂比变为0.4667，但使得设计工况点相近。将轮毂比为0.4的模型泵称为原型，将轮毂比为0.4667的模型泵称为改型泵，分别进行泵装置三维流动数值模拟，并将二者对比分析以判断改型效果。22轴流泵装置三维流动数值计算分析轴流泵装置三维流动数值计算分析本文通过对轴流泵装置的三维流动数值模拟，得到泵装置的内外流动特性。通过preo和Turbo-grid建模，得到导水锥、叶轮、导叶体和进出水流道组成的泵装置，通过cfx数值模拟得到泵装置数值模拟结果，通过结果分析，得到水力模型的流量-扬程和流量-效率曲线，分析这两种模型泵的水力性能，进而为大型泵站更新改造提供理论依据。2.12.1轴流泵装置参数及三维实体建模轴流泵装置参数及三维实体建模轴流泵模型叶轮直径都为300mm，轮毂比分别为0.4和0.4667，叶片安放角均为0°，叶片数均为4，转速均为1407r/min。配套导叶均采用DY330，导叶数均为7片。改型后的叶轮轮毂比为0.4667，导叶轮毂比也改为0.4667，导叶数同为7片。各部件建模并组装到一起形成泵装置。泵装置计算模型如图2-1和图2-2所示。图2-1改型前的泵装置图图2-2改型后的泵装置图两种泵装置计算模型区别即将轴流泵模型轮毂比0.4改成了0.4667。改型前后的泵装置模型中，进水流道和出水流道是一样的，而导水锥（收缩管）、叶轮、导叶均发生变化。肘形进水流道、虹吸式出水流道和导水锥采用Pro/E建模，叶轮和导叶采用Turbo-Grid进行建模。本文中利用Turbo-Grid对轴流泵叶轮和导叶进行建模，建模时给定3个柱面坐标系下的数据文件。其中，叶片造型是通过给定由轮毂到轮缘沿叶展方向的10个剖面的控制数据。将3个数据文件导入Turbo-Grid中，生成叶片和导叶模型如下图2-3至图2-6所示。图2-3原型叶轮三维造型图图2-4原型导叶三维造型图图2-5改型叶轮三维造型图图2-6改型导叶三维造型图2.22.2网格的生成网格的生成结构化网格有很多优点：(1)结构化网格可以很容易实现区域的边界拟合，适于流体和表面应力集中等方面的计算。(2)网格生成的速度快。(3)网格的生成质量好。(4)数据结构简单。(5)对曲面或空间的拟