[发明专利]一种基于泵装置的轴流泵必需汽蚀余量的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴流泵站汽蚀性能的预测评价方法，特别是对于多工况运行的轴流泵站，属于泵站工程技术领域。

背景技术

轴流泵站广泛应用于农田灌溉、防洪排涝及跨流域调水等工程领域，轴流泵站的汽蚀性能是影响轴流泵站安全稳定运行的关键因素，在轴流泵站选型时往往依据泵站的运行扬程对泵装置进行汽蚀性能的物理模型试验以获取不同扬程时轴流泵的必需汽蚀余量，为轴流泵的汽蚀性能是否满足工程安全稳定运行需要提供参考。但实际运行过程中，当轴流泵站进口水位降低或处于大流量工况运行时可能会导致轴流泵内部发生汽蚀，从而导致轴流泵装置效率下降，扬程降低，同时易引发轴流泵振动和噪音，若轴流泵站长时间运行在汽蚀条件下，其过流部件将被严重损伤，此时泵装置的物理模型未进行该工况的汽蚀试验，无法获取该工况运行时轴流泵的必需汽蚀余量，无法判断此时轴流泵装置能否安全可靠运行。

目前，对轴流泵必需汽蚀余量的确定方法主要采用物理模型试验，但轴流泵装置物理模型试验的测试成本较高，耗时较长，重复性低，实际工程中较多的中小型泵站未做泵装置物理模型的汽蚀试验，从而对实际轴流泵站运行时的必需汽蚀余量很难准确的给予判断，对轴流泵站的安全稳定运行存在安全隐患。

发明内容

为解决上述问题，本发明基于轴流泵装置三维定常数值计算的基础上，采用数值求解方法对多工况时泵装置的轴流泵必需汽蚀余量进行预测，该方法简便，成本低，耗时短，同时可对任意工况运行时轴流泵站的必需汽蚀余量进行预测，弥补物理模型试验未测或泵站运行时偶遇的工况。

本发明的技术方案，一种基于泵装置的轴流泵必需汽蚀余量的预测方法，其特征是：基于轴流泵装置的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值计算结果，选取轴流泵叶片外缘约10％弦长的最低静压值，代入轴流泵装置必需汽蚀余量计算式求解该工况时轴流泵装置的必需汽蚀余量。

该发明的技术方案包括以下3个步骤：

1)对轴流泵装置构建三维数学模型，根据轴流泵装置运行的工况条件，采用CFD技术对轴流泵装置全流道进行三维定常数值计算求解，以各物理量的残差收敛精度均低于1.0×10^-5，并通过设置监测点监测扬程的变化，当扬程的变化趋于定值时，即该计算工况下数值计算满足收敛要求。

2)根据轴流泵装置的CFD数值计算结果，给出轴流泵叶片3个特征展向位置(展向位置记为Span，三个展向位置依次为0.05，0.50和0.95)的静压分布曲线，从中选取叶片外缘约10％弦长处的静压分布曲线，以该处范围内静压低于汽化压力时来预测轴流泵的必需汽蚀余量NPSH_re，计算式为：

式中：NPSH_re为必需汽蚀余量，单位m；P_a为当地的大气压力，单位Pa；P_min为轴流泵叶片吸力面外缘约10％弦长范围内最小压力，单位Pa，ρ为水的密度，单位kg/m³；g为重力加速度，单位kg/N。

3)对多工况运行的轴流泵装置必需汽蚀余量的预测，仅需重复步骤1)-2)，最终列表给出多工况运行时泵装置的轴流泵必需汽蚀余量数值，以供设计、运行管理单位参考。

本发明的有益效果：

采用该方法可预测轴流泵装置多工况运行时轴流泵的必需汽蚀余量，避免了物理模型试验耗时长，轴流泵必需汽蚀余量数值少的缺点。针对工期短，造价低，经费紧的泵站工程水力模型的方案比选提供了一种简便的预测方法，有利于比较不同水力模型时轴流泵装置的汽蚀性能，有利于实际泵站的安全稳定运行，避免轴流泵站的汽蚀发生，达到确保轴流泵站安全稳定运行的目的。

对市场实施可能性和经济效益预测分析：