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水 利 学 报
2021 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 7 期
文章编号:0559-9350(2021)07-0829-12
斜式轴流泵装置出水流道偏流特性研究
王本宏 ,王福军 ,谢丽华 ,王超越 ,苏胜利 ,朱泉荣 5
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1,2
(1. 中国农业大学 水利与土木工程学院,北京 100083;
2. 北京市供水管网系统安全与节能工程技术研究中心,北京 100083;
3. 浙江省水利水电勘测设计院,浙江 杭州 310002;4. 嘉兴市杭嘉湖南排工程管理局,浙江 嘉兴 314001;
5. 利欧集团湖南泵业有限公司,湖南 湘潭 411201)
摘要:斜式轴流泵是大流量低扬程提水领域的一种典型泵型,但其在某些工况下存在严重偏流问题,是影响斜式
轴流泵站安全稳定运行的工程难题和关键科学问题。本文以浙江盐官泵站 15°斜式轴流泵装置模型为研究对象,
通过模型试验和数值模拟方法对装置内部瞬态流动特性进行研究,分析了不同流量工况下内部流动特征及偏流产
生的原因,提出了解决偏流问题的抑制措施。研究结果表明:顺水流方向出水流道隔墩左侧流量高于右侧,最优
流量工况下偏流比达 2.33,有 70%的流量从左侧流道流出;出水流道内的偏流是因水流在剩余环量的影响下发生
偏转,通过弯管段时产生的;在出水流道弯管段设置偏流抑制措施可有效改善出水流道内部流态,抑制偏流的发
生。本文研究成果已经应用到盐官泵站装置原型上,并得到了很好的应用,从而为解决大型斜式轴流泵站偏流问
题,保证泵站安全稳定运行提供了参考。
关键词:斜式轴流泵;出水流道;偏流;抑制措施
中图分类号:TV675;TV136 文献标识码:A doi:10.13243/j.cnki.slxb.20200956
1 研究背景
斜式轴流泵装置因其流量大、扬程低,在一些大型低扬程泵站中得到应用 [1-3] ,特别是在防洪、
排涝和灌溉等工程中发挥了重要作用。1990 年代初期,红圪卜泵站最早投入运行了 45°斜式轴流泵装
置,该类泵站泵房相对于立式轴流泵站来说结构简单、开挖深度小,进出水流道水力损失小,装置
效率高。此后泵轴倾角为 15°、20°、30°和 45°的斜式轴流泵装置陆续在上海、浙江等地各类工程中
成功应用 [3-6] 。根据现有研究发现,斜式轴流泵出水流道普遍存在隔墩两侧流量不等的现象,对泵站
安全稳定运行构成了很大的威胁 [7-8] 。
目前对于斜式轴流泵装置水力性能和偏流问题已有一些研究,主要包括水力模型试验和内部流
动数值模拟两方面 [9-10] ,通过水力模型试验,施卫东 [9] 、Yang 等 [10] 发现相比于立式轴流泵装置,斜
式轴流泵装置进水流道水力损失更小,效率更高,但出水流道流态紊乱,需要对出水流道进行优
化设计。谢丽华等 [11] 对斜式轴流泵装置内部流态和水力性能进行了系统的试验研究,通过模型试
验获得了不同叶片安放角度下的外特性曲线和压力脉动等特性,发现出水流道左右两侧内部流态
和 压 力 脉 动 均 存 在 明 显 差 异 , 说 明 存 在 偏 流 现 象 , 但 未 对 不 同 工 况 下 的 偏 流 特 性 进 行 定 量 的 描
述。仇宝云等 [7,12] 、徐磊等 [13] 通过数值模拟发现,普通立式轴流泵和斜式轴流泵在出水流道内均存
在明显的回流,主要表现为出水流道隔墩左右两侧流量不均匀。Wang 等 [14] 对斜式轴流装置出水流道
收稿日期:2020-11-17;网络首发时间:2021-04-22
网络首发地址:http:/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210420.1627.001.html
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基金项目:国家自然科学基金项目(51836010,51839001,51779258);国家重点研发计划项目(2018YFB0606103)
作者简介:王本宏(1995-),博士生,主要从事水利工程研究。E-mail:420589535@qq.com
通讯作者:王福军(1964-),博士,教授,主要从事水动力学与水力机械研究。E-mail:wangfj@cau.edu.cn
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