CN115198690A - 一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法,包括以下步骤:S1、对立式轴流泵站进行三维数值建模,以泵站运行工况为边界条件,使用流体力学计算软件对泵站进行三维定常和非定常数值模拟,采用涡识别方法对不同工况下数值模拟结果进行漩涡识别,确定漩涡个数和发生位置;S2、搭建立式轴流泵站的等比例缩小实体模型,对照模拟的结果开展模型试验研究,对漩涡的个数和发生位置进行确定;S3、根据以上结果预测漩涡个数和发生位置并相应地在实际泵站中安装压力脉动传感器;S4、采集压力脉动信号数据,对数据进行时域及频域谱线分析;S5、根据压力脉动信号的频谱图分析结果判断是否有漩涡发生。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程领域,具体涉及一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法。
背景技术
为抵抗旱、涝、洪等灾害,在我国境内分布着大量的灌排泵站,这些泵站为我国农业生产生活和城市供排水提供了安全可靠的保障。泵站通常由进水建筑物、泵房和出水建筑物三部分组成,进水池是中小型灌排泵站最为常见的进水建筑物。进水建筑物与水泵进水口直接相连,因此进水池内流态对水泵机组高效稳定运行至关重要。然而,在泵站实际运行过程中进水池内常有漩涡等不良流态的发生,这些漩涡极容易被水泵吸入,从而导致水泵机组运行效率低,振动噪声加剧,甚至水泵机组停机难以运行。
为有效抑制泵站进水池内漩涡的发生,提高泵站机组运行安全稳定性,现有的技术是通过在进水池内增设消涡措施来抑制进水漩涡的发生。中国授权专利CN106948417B提出一种封闭式进水池后壁防涡柱消涡装置及其方法,通过在进水池内喇叭管后方设置防涡柱,用防涡柱隔开进水池后壁处的水流,打破原有水体结构,从而达到防治封闭式进水池漩涡发生的作用。中国授权专利CN106013332B提出一种新型泵站进水池消涡结构,该消涡结构包括消涡板和喇叭管,通过在喇叭管下方设置横截面呈X型的水平消涡板,从而消除所述喇叭管附近的漩涡。该消涡结构能够有效消除喇叭管附近涡带,提高入泵水流均匀性,进而提高水泵运行效率和运行稳定性。中国授权专利CN109469155B提出一种基于等差变径圆弧线的进水结构控涡装置,该控涡装置采用钢筋按平面曲线进行制作,整体置于进水结构底板的圆柱形凹槽内,采用素混凝土封填。
然而,上述专利仅对某一固定位置处漩涡进行消除,泵站实际运行过程中,进水池内进水漩涡发生位置并不固定,泵站进水池顶板、侧壁、后壁以及底板处均有发生进水漩涡的可能性。因此,在进行加设消涡措施之前有必要对进水池内典型位置处是否有漩涡发生进行检测。并且,对于前期消涡措施安装位置的确定主要基于数值模拟和经验,实际泵站运行中,漩涡发生位置可能会出现偏移。因此,急需一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法。
发明内容
目前,现有中小型灌排泵站多建于20世纪60、70年代,进水建筑物多采用进水池形式,这些泵站长期运行过程中进水漩涡问题时有发生,严重影响泵站经济安全运行。现有技术主要针对进水池内漩涡消除问题提出了多种消涡措施,这些消涡措施的安装位置主要由前期数值模拟和经验分析的结果进行确定。然而,数值模拟和经验分析具有一定的局限性,与真实泵站进水池的尺寸、进水环境都存在一定的偏差,不能够精确捕捉漩涡发生位置,导致安装位置和漩涡中心位置出现一定的偏差,消涡措施不能完全发挥作用。以上结果一方面造成经济浪费,另一方面导致进水池内漩涡依旧存在,对泵站安全稳定运行造成极大威胁。因此,有必要对泵站进水池内是否有漩涡发生和漩涡发生位置进行确定,从而实现对消涡措施安装位置的精确定位,指导泵站进水池内消涡措施的安装,保证泵站经济安全运行。
本发明针对现有技术中的不足,提供一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法,包括以下步骤:
S1、采用三维立体建模软件对立式轴流泵站进行等尺寸三维数值建模,以泵站运行工况为边界条件,使用流体力学计算软件对泵站进行三维定常和非定常数值模拟,通过瞬时计算方法得到泵站测点实时压力脉动数据;通常计算得到的原始压力脉动信号中存在较多随机成分,所以需要使用经验模态分解法对原始信号进行降噪,保留振动信号特征优势频率;采用涡识别方法对不同工况下数值模拟结果进行漩涡识别,确定漩涡个数和发生位置,有效预测、评判立式轴流泵站压力脉动状态,为泵站设计、运行以及管理提供指导;数值模拟计算可以对泵站机组所有可预期工况进行计算分析,极大提高预测效率;
S2、搭建立式轴流泵站的等比例缩小实体模型,对照步骤S1模拟的结果开展模型试验研究,采用可视化试验方法对模型试验中漩涡的个数和发生位置进行确定;
S3、根据步骤S1的模拟结果和步骤S2的模型试验,预测漩涡个数和发生位置并相应地在立式轴流泵站安装压力脉动传感器;
S4、对步骤S3安装的压力脉动传感器的压力脉动信号进行连续实时数据采集,然后对采集到的压力脉动信号数据进行时域及频域谱线分析;
S5、根据压力脉动信号的频谱图分析结果判断是否有漩涡发生;当压力脉动信号时域曲线出现幅值突降,频域曲线出现超低频时,可判定此处有漩涡发生;当压力脉动信号时域曲线未出现幅值突降,频域曲线未出现超低频主频时,可判定此处无漩涡发生;
为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
进一步地,步骤S1中,实际工况选择0.25Qbep、0.5Qbep、0.75Qbep、1.0Qbep、1.25Qbep、1.50Qbep特征工况进行数值模拟,上述6个工况可以完全覆盖立式轴流泵站正常运行的工况范围。
进一步地,步骤S2中,采用亚克力透明板搭建立式轴流泵站的等比例缩小实体模型。
进一步地,步骤S4中,频域谱线采用快速傅里叶变换进行分析。
进一步地,根据进水池内漩涡检索结果指导消涡设备的安装。
上述基于数值模拟、模型试验及现场测试的立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法可在泵站试运行期间同步进行,也可在已建成泵站大修期间进行。
本发明的有益效果是:本发明首先通过数值模拟的方法,对不同工况下数值模拟结果进行漩涡识别,确定漩涡个数和发生位置,有效预测、评判立式轴流泵站压力脉动状态,对泵站机组所有可预期工况进行计算分析,提高预测效率;然后结合模型试验,进一步判定和甄别漩涡发生的位置和个数;最后在相应的位置安装压力脉动传感器并对其进行连续实时数据采集,对采集到的压力脉动信号数据进行时域及频域谱线分析,有效指导泵站消涡措施的安装,确保消涡措施能够有效消除漩涡,保证泵站机组安全稳定高效运行。
附图说明
图1为本发明的技术路线图;
图2为时域谱线分析图,(a)为无幅值突降的时域谱线图,(b)为有幅值突降的时域谱线图;
图3为频域谱线分析图,(a)为有超低频主频出现的频域谱线图,(b)为无超低频主频出现的频域谱线图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
将本发明的立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法应用到某泵站进水池,如图1所示,具体包括以下步骤:
S1、根据立式轴流泵站实际尺寸进行等尺寸三维数值建模,泵站三维数值模型包括进水延长段、进水流道、叶轮、导叶、出水流道以及出水延长段6部分;通过网格剖分软件ANSYS ICEM对泵站三维数值模型进行网格剖分,将剖分后的网格文件导入流体力学计算软件ANSYS CFX进行数值计算,以泵站实际运行工况为边界条件对泵站进行三维定常和非定常数值模拟,采用第二代涡识别方法对不同工况下数值模拟结果进行漩涡识别,选择0.25Qbep、0.5Qbep、0.75Qbep、1.0Qbep、1.25Qbep、1.50Qbep(Qbep为泵站设计流量)特征工况进行数值模拟,确定漩涡个数和发生位置;
S2、采用亚克力透明板搭建立式轴流泵站的等比例缩小实体模型,对照步骤S1模拟的结果开展模型试验研究,采用高速摄影可视化试验方法对模型试验中漩涡的个数和发生位置进行确定;
S3、根据步骤S1的模拟结果和步骤S2的模型试验,预测漩涡个数和发生位置并相应地在立式轴流泵站对应位置处安装压力脉动传感器;
S4、对步骤S3安装的压力脉动传感器的压力脉动信号进行连续实时数据采集,然后对采集到的压力脉动信号数据进行时域及频域谱线分析;频域谱线采用快速傅里叶变换进行分析;
S5、根据压力脉动信号的频谱图分析结果判断是否有漩涡发生;当压力脉动信号时域曲线出现幅值突降(图2b),频域曲线出现超低频时(图3b),可判定此处有漩涡发生;当压力脉动信号时域曲线未出现幅值突降(图2a),频域曲线未出现超低频主频时(图3a),可判定此处无漩涡发生。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、对立式轴流泵站进行三维数值建模,以泵站运行工况为边界条件,使用流体力学计算软件对泵站进行三维定常和非定常数值模拟,采用涡识别方法对不同工况下数值模拟结果进行漩涡识别,确定漩涡个数和发生位置;
S2、搭建立式轴流泵站的等比例缩小实体模型,对照步骤S1模拟的结果开展模型试验研究,采用可视化试验方法对模型试验中漩涡的个数和发生位置进行确定;
S3、根据步骤S1的模拟结果和步骤S2的模型试验,预测漩涡个数和发生位置并相应地在立式轴流泵站安装压力脉动传感器;
S4、对步骤S3安装的压力脉动传感器的压力脉动信号进行连续实时数据采集,然后对采集到的压力脉动信号数据进行时域及频域谱线分析;
S5、根据压力脉动信号的频谱图分析结果判断是否有漩涡发生;当压力脉动信号时域曲线出现幅值突降,频域曲线出现超低频时,可判定此处有漩涡发生;当压力脉动信号时域曲线未出现幅值突降,频域曲线未出现超低频主频时,可判定此处无漩涡发生。
2.根据权利要求1所述的一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法,其特征在于,
步骤S1中,实际工况选择0.25Qbep、0.5Qbep、0.75Qbep、1.0Qbep、1.25Qbep、1.50Qbep特征工况进行数值模拟。
3.根据权利要求1所述的一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法,其特征在于,步骤S2中,采用亚克力透明板搭建立式轴流泵站的等比例缩小实体模型。
4.根据权利要求1所述的一种立式轴流泵站进水池漩涡检测及定位方法,其特征在于,
步骤S4中,频域谱线采用快速傅里叶变换进行分析。
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