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第4 6 卷第1 1 期2023年1 1 月水电站机电技术Mechanical&Electrical Technique of Hydropower StationVol.46 No.11Nov.202327CFD水泵模型试验在漳湖站工程中的应用徐卫星（望江县水利局，安徽安庆2 4 6 2 0 0）摘要：为了保障泵站工作效果，对漳湖圩漳湖泵站进行了水泵装置模型试验，获得了漳湖泵站水泵装置模型特性。能量试验结果表明水泵扬程满足相关规范要求；叶片安放角越小，单位飞逸转速越高；空化试验结果表明，叶片安放角一2 时，各扬程工况下临界空化余量均在1 0.0 m以内；水压脉动试验结果表明水泵水压脉动符合常规混流泵水压脉动规律，无异常现象。建议将叶片安放角调节至-2.6，可满足漳湖泵站现场工况需求。研究结果为泵站安装提供参考。关键词：水泵；CFD；模型试验；能量中图分类号：TV675DOl:10.13599/ki.11-5130.2023.11.009文献标识码：B文章编号：1 6 7 2-5 38 7(2 0 2 3)1 1-0 0 2 7-0 4容量6 2 30 0 kW。泵站安装立式全调节混流泵61引言台，叶轮直径2 2 0 0 mm、额定转速为2 0 0 r/min。排水泵是泵站工程的重要组成部分，其性能对泵站枢纽工程效益影响较大-3。因此,为了选取适宜的水泵型式，提前进行分析是非常必要的。目前，在水泵性能研究中通常采用数值模拟与物理模型试验方法,两种方法均可准确分析水泵的各项性能，在工程实践中有广泛的使用4-。本文结合漳湖新站枢纽工程实际情况，采用模型试验方法对水泵性能进行分析。2工程概况漳湖新站枢纽工程由引水渠道、进水控制闸、前池及进水池、泵房、压力水箱、出水箱涵、出水控制闸及场区内外交通工程等辅助工程组成。泵站为堤后常规干室型泵站，正向进出水布置。泵房前接前池及进水池，出水管后接压力水箱。机组一字型排列。抽排和自排通道在压力汇水箱末端汇集于一起，并通过出水箱涵与长江连通。前池及进水池为正向进水开散式布置。漳湖泵站位于长江下游北岸漳湖圩排水区，排湖工况设计流量为1 0 5 m/s，排圩工况设计流量为91.5m/s，共安装6 台立式全调节混流泵，总装机湖工况设计净扬程5.7 2 m，排圩工况设计净扬程7.87m。泵站参数如表1 所示。表1 漳湖泵站参数表漳湖站项目排湖(洪)排圩/排湖+排圩1.设计流量/m/s1052.特征水位/m设计运行水位最低运行水位进水池最高运行水位最高水位平均水位设计水位最低运行水位出水池最高运行水位防洪水位平均水位3.特征扬程/m设计净扬程最小净扬程最大净扬程平均净扬程收稿日期：2 0 2 3-0 7-1 1作者简介：徐卫星（1 96 5-），男，高级工程师，从事水利工程建设管理工作。91.59.507.356.856.859.508.3511.3511.359.507.3515.2215.2213.8611.1518.0716.8218.0718.0715.3812.695.727.874.362.8011.229.975.885.34283模型水泵与泵装置漳湖泵站为立式混流泵装置，肘型流道进水、平直管出水。模型泵采用TJ11-HL-04水泵水力模型，模型泵叶轮直径D=320mm，水泵装置模型比尺为1：6.8 7 5。模型叶轮叶片数为3,用铸铜材料数控加工成型。模型导叶叶片数为7,导叶片采用钢板数控加工成型，导叶体外壳采用钢板焊接而成。进出水流道采用钢板焊接制作，模型泵装置如图1所示。图1漳湖泵站水泵装置模型4泵装置模型试验结果4.1能量性能试验水泵装置模型试验测试了6 个叶片安放角度(-8、-6、-4、-2 0 及+2)的能量性能。各角度最优工况参数如表2 所示。漳湖泵站水泵装置模型综合特性曲线见图2（转速为137 5r/min，叶轮直径为32 0 mm)。按特征参数换算公式换算，漳湖泵站原型泵装置综合特性曲线见图3（转速为2 0 0 r/min，叶轮直径为2 2 0 0 mm)。试验结果表明：叶片角度在-2.6,泵装置在设计总扬程6.9 4 m（含出水箱涵水力损失CFD预测值约为1.2 2 m),抽水流量为设计流量38 9 L/s时，水泵模型装置效率为8 1%，满足技术要求的7 2%；泵装置在设计总扬程8.8 4 m（含出水箱涵水力损失CFD预测值约为0.9 7 m),抽水流量为设计流量339L/s时，水泵模型装置效率为8 5.3%，满足技术要求的7 2%。表2 模型水泵装置性能试验最优效率数据表最优效率点参数叶片角度/。流量/L/s-8278.08-6302.08-4317.00-2331.760383.96+2404.33水电站机电技术扬程m16.014.012.010.08.848.07876.946.04.02.0图2 漳湖泵站模型水泵装置综合特性曲线扬程/m16.014.012.010.08.848.07-876.946.05.72.4.013.1414.272.014.9815.6818.159.2219.119.9082.2010图3漳湖泵站原型水泵装置综合特性曲线4.2空化试验空化试验采用定流量的能量法，图4 为叶片角度-4,5个流量工况点下空化图，其中虚线框线内为汽蚀发生时气泡发生情况。叶片安放角-2 时，各扬程工况下临界空化余量均在10.0 m以内;其中11.2 2 m扬程时临界空化余量为9.2 m,9.97m扬程时临界空化余量为8.6 m，7.87m扬程时临界空化余量为6.7 m,5.72m扬程时临界空化余量为7.2 m,2.8m扬程时临界空化余量为8.8 m。表3-8 空化试验采样数据表流量/s扬程/m轴功率/kW效率1%298.035.707扬程/m轴功率/kW效率/%6.9824.137.7728.238.7432.489.7037.729.2241.959.9047.64第4 6 卷D=320 mmn=1375 r/min最高效率点参数OLS)Hm)278.086.98-6302.087.7781.324317.008.7483.40-20331.7699.7083.46383.969.2283.31+2%404.339.9082.20200250H(m)7.776.988.7481.3283.409.7083.4683:31300.905.70678.78300.4081.32299.3583.40298.3183.46300.0183.31298.9982.20299.516822.6470:86-4-29300355638900450500550600流量/L/sD=2200 mmn=200r/min615.25F88156.0-17.52021.18078.5621.16678.555.72121.2525.71521.2225.72121.2185.71421.2395.69821.3075.70521.386+2-4-225流量/m3/s空化余量/m10.2549.51778.438.76778.927.92577.877.01177.696.62577.226.30077.145.968+230第11期(a)Q=424 L/s工况(c)Q-375L/s工况图4 5个流量工况点下空化图（-4）4.3飞逸特性试验水泵各叶片安放角下的单位飞逸转速如表4 和表5。根据试验结果整理可得泵站原型泵飞逸特性曲线,如图5所示。根据试验结果可知：水泵叶片的安放角越小,单位飞逸转速越高；当水泵叶片角度在-2 时,原型泵在最高净扬程11.2 2 m下的最大飞逸转速为电机额定转速的1.7 9 倍。4.4水压脉动试验水压脉动测试采用4 个CY301高频动态压力脉动变送器测量，配用RS485-20采集仪数据采集。压力脉动传感器安装在出水流道工作闸门处(P1)导叶出口处(P2)叶轮出口处(P3)及叶轮进口(P4),位置如图6 所示。分别对水泵模型叶轮叶片6 个叶片安放角度（-8、-6、-4、-2 0 及+2)能量试验过程中的4个工况点（包括最低扬程，排湖（洪）设计扬程，排圩/排湖+排圩设计扬程及最高扬程)水压脉动进行了测试，为更易观察压力脉动波动情况，在系统补满水时采集零点，并扣除初始水压力，试验实际转速为137 5 r/min。结果表明，在所测扬程范围内，出水流道工作闸门处(P1)导叶出口处(P2)、叶轮出口处(P3)及叶轮进口(P4)峰峰值在对应扬程下最大相对幅值为17%、17%、9%、10%，叶轮进出口处脉动幅值随扬程增加而增加,呈周期性波动。叶轮出口处主频相对稳定，为1倍叶频，其余位置主频主要为低频位置，对应振幅较小。总体符合常规混流泵水压脉动规律，无异常现象。徐卫星：CFD水泵模型试验在漳湖站工程中的应用-82-63-4(b)Q=401 L/s 工况456表5各叶片安放角下原型泵飞逸转速数据表(d)Q=327 L/s 工况（最大扬程11.2 2 m时）序号叶片角度/飞逸转速/r/min1-82-6(e)Q=285 L/s工况345640030020010000图5漳湖泵站原型泵装置飞逸特性曲线P1P34图6 压力脉动传感器安装位置5结论(1)能量试验结果表明,叶片角度在-2.6,泵装置在设计总扬程6.9 4 m（含出水箱涵水力损失(下转第9 0 页）29表4 各叶片安放角下的单位飞逸转速数据表序号叶片角度/1-20+2408.62388.94-4374.41-2357.420341.97+2328.1424单位飞逸转速/r/min268.38255.45245.91234.75224.60215.52与电机额定转速的比值2.041.941.871.791.711.640-8一-6-4一-2-00一+2 68扬程/mP410121490点,其中一相B绝缘合格,并将A、B 相一端的电缆终端连接。电缆故障模型图见图2 所示。电源端B一A一N接地网言将各部导线用相应电阻等效如图2 所示，再将电路图简化如图3所示，其中B相到接地点的电阻R3=R+R2,B相的电阻R=R1+R2，R g N为故障点g到电源侧地N的等效接地电阻。电缆故障等效电阻图见图3所示。电源端负荷端RB-R2R1A一N-接地网图3电缆故障等电阻效图根据图3等效电路图，已知A，B，N三个端子(上接第2 9 页）CFD预测值约为1.2 2 m),抽水流量为设计流量389L/s时，水泵模型装置效率为8 1%，满足技术要求的7 2%；泵装置在设计总扬程8.8 4m（含出水箱涵水力损失 CFD预测值约为 0.9 7 m),抽水流量为设计流量339 L/s时，水泵模型装置效率为8 5.3%，满足技术要求的7 2%。(2)空化试验结果表明,原型泵装置在叶片安放角-2 时，各扬程工况下临界空化余量均在1 0.0 m以内；其中1 1.2 2 m扬程时临界空化余量为9.2 m，9.97m扬程时临界空化余量为8.6 m，7.8 7 m 扬程时临界空化余量为6.7 m,5.72m扬程时临界空化余量为7.2 m,2.8m扬程时临界空化余量为8.8 m。(3)叶片安放角越小,单位飞逸转速越高；在所有叶片角度和流量下，进水流道内流态稳定，无明显漩涡产生，水泵运行平稳。水电站机电技术间的电阻值，即可列出以下等式：RAN=R1+RgNRAB=R1+R3求解以上方程,则 RI=RAv+RAn-Rnv负荷端6结束语N10kV配电线路单相短路接地故障是特别普遍接地网图2 电缆故障模型图BgA一N接地网言R3BR1ARgNN第46 卷RBN=R3+RgN2的一种故障类型，对于电厂来说能快速找到故障点并隔离出故障线路才能保证设备的安全稳定运行。在没有专用电力电缆故障点定位仪器的条件下通过直流电阻测试仪科学的运用三阻值法，能迅速精准的找到电缆接地点，尤其对于那些不能直接检查电缆的特殊情况特别适用。参考文献：1郝慧贤，陶太宏,程俊才,等.大藤峡水力发电厂计算机监控系统结构及特点).水电站机电技术，2 0 2 2,45(5)：37-40.2郝会锋.1 0 kV小电阻接地系统单相接地故障分析及应对措施.通信电源技术,2 0 2 0,37(7)：9 9-1 0 3.3韩欣月,王力,赵书龙,等.35 kV单芯电缆线路接地短路g事故分析.能源研究与管理,2 0 2 1(2)：8 8-9 2.4吴小梦.三阻值法快速测量电缆金属性接地点距离.电力安全技术,2 0 2 1,2 3(1 0)：6 9-7 1.5安舟帆.1 1 0 kV高压电缆高阻接地故障分析及处理.电力设备管理,2 0 2 1(9)：9 0-9 1.参考文献：1左鹏程，屈波，花港，等.水泵水轮机全椭圆蜗壳的设计与CFD分析D).水电能源科学,2 0 2 3,41(3):1 7 2-1 7 5，185.2赵卫国，王文广,王利英,等.基于CFD的水泵水轮机压力脉动分析J.河北工程大学学报（自然科学版),2 0 2 138(4):94-101.3 马姗姗,刘国涛,刘兵,等.基于实测试验和 CFD分析基础上水泵叶轮切削的水力性能验证l.水泵技术,2 0 2 1(3)：47-49,52.4吕佳丽.引汉济渭工程黄池沟配水枢纽三维水流数值模拟研究D.西安：西安理工大学，2 0 2 2.5他金城.黄池沟配水枢纽分水池侧槽退水道水工模型试验与数值模拟研究D.西安：西安理工大学,2 0 2 1.6徐波,张从从,李占超,等.基于CFD的导流墩几何参数对闸站合建枢纽通航水流条件的影响研究.灌溉排水学报,2 0 1 9,38(2):1 1 5-1 2 2.7涂从刚，孔垂雨，杜蔚琼.基于ANSYS的某电站压力钢管失稳破坏原因分析.水利技术监督，2 0 2 2(9)：1 5 3-1 5 6.