CN104696234B - 大型低扬程泵装置能量性能推算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型低扬程泵装置能量性能推算方法，属于水利工程泵站技术领域。该方法的主要特征是：将泵装置效率拆分为泵体效率和流道效率两个部分；根据国家指定检测机构发布的常用水泵模型水力性能资料，计算所述水泵模型中不同工况时的进、出水管道水头损失和泵体效率；流道效率根据拟应用本发明的泵装置在不同工况时的进、出水流道水头损失进行计算得到；为准确计算所述水泵模型中出水管道和所述泵装置中出水流道的水头损失，在其进口计入泵体出口水流所具有的旋转角速度。本发明提供的推算方法简单方便，可在泵站设计阶段适时、准确地推算泵装置能量性能，用于检验泵装置的选型设计是否满足要求，并为泵站设备招标提供科学合理的技术指标。

Description

大型低扬程泵装置能量性能推算方法

技术领域

本发明属于水利工程泵站技术领域，具体涉及大型低扬程泵装置能量性能推算方法，主要用于大型低扬程泵站设计阶段的泵装置能量性能推算，以检验泵装置的选型设计是否满足要求，并为泵站的设备招标提供科学合理的技术指标。

背景技术

大型低扬程泵站广泛应用于水资源调配、农业灌排、水环境改善和城市抗洪排涝等重要领域。大型低扬程泵站的工作主体是泵装置，其由水泵叶轮、导叶体和进水流道、出水流道组成。泵装置效率是大型低扬程泵装置能量性能的主要考核内容，大型低扬程泵站在设备招标时需提出泵装置效率指标，以保证所采购的大型泵装置满足要求。现有低扬程泵装置效率指标的提出一般采用模型试验的方法，按标准模型叶轮直径尺寸，将泵装置按比例缩小制作成一定大小的模型装置，在专用试验台上进行泵装置模型试验，测试泵装置模型的能量性能，由于这种方法具有周期长、费用高的缺点，因此常会影响到泵装置设计质量和泵站工程的建设进度。

发明内容

本发明的目的就是针对上述方法的缺陷，充分利用国家指定检测机构公布的常用低扬程水泵模型的水力性能资料，提供大型低扬程泵装置能量性能的推算方法，用于大型低扬程泵站设计阶段泵装置能量性能的推算，以检验泵装置的选型设计是否满足要求，并为泵站的设备招标提供科学合理的技术指标。应用本发明方法推算大型低扬程泵装置能量性能的特征是：将泵装置效率拆分为泵体效率和流道效率两个部分；泵体效率根据水泵模型水力性能数据及其不同工况时的进、出水管道水头损失进行计算；流道效率根据泵装置不同工况时的进、出水流道水头损失进行计算；为准确计算出水管道、出水流道的水头损失，在其进口计入泵体出口水流所具有的旋转角速度；本发明提供的推算方法简单方便，可在泵站设计阶段适时、准确地推算泵装置能量性能，对保证泵装置选型设计质量和泵站工程建设进度具有十分重要意义。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

(1)在所述国家指定检测机构对水泵模型水力性能进行测试的装置中，水泵模型由泵体和管道组成；本发明将水泵模型效率拆分为泵体效率和管道效率；所述泵体由水泵叶轮和水泵导叶体组成，所述管道包括进水管道和出水管道，进水管道由进水直管和进水锥管组成，出水管道由出水弯管和出水直管组成；

(2)大型低扬程泵装置由所述泵体和根据各个泵站具体情况专门设计的流道组成，本发明将泵装置效率拆分为泵体效率和流道效率；所述流道包括进水流道和出水流道；

(3)检测常用低扬程水泵模型导叶体出口水流所具有的旋转平均角速度，将检测结果保存备用，为计算所述水泵模型中出水管道水头损失和拟应用本发明的低扬程泵装置中出水流道水头损失作准备；

(4)根据所述检测机构公布的常用低扬程水泵模型水力性能数据，采用CFD数值计算方法，针对所述水泵模型水力性能测试装置中的水泵模型，依次逐个叶轮叶片安放角度、逐个工况点计算其进水管道和出水管道的水头损失，据此计算其相应工况点的管道效率，并进一步算出该工况点的泵体效率；

(5)采用CFD数值计算方法，对拟应用本发明的低扬程泵装置依次逐个叶轮叶片安放角度、逐个工况点计算其进水流道和出水流道的水头损失，据此计算其相应工况点的流道效率；

(6)根据所述计算得到的泵体效率和流道效率，依次逐个叶轮叶片安放角度、逐个工况点计算所述泵装置效率；

(7)根据计算结果，逐个叶轮叶片安放角度绘制所述低扬程泵装置的能量性能曲线。

本发明的目的是这样实现的：

(1)在所述水泵模型水力性能测试装置中，水泵模型由泵体和管道组成；所述泵体由水泵叶轮和水泵导叶体组成，所述管道包括进水管道和出水管道；所述进水管道由进水直管和进水锥管组成，所述出水管道由出水弯管和出水直管组成；水泵模型效率等于泵体效率乘以管道效率；所述进水直管的作用是引导水流均匀流入进水锥管，所述进水锥管的作用是使水流均匀收缩后进入叶轮；所述叶轮的作用是通过其高速旋转将能量传递给水流，所述导叶体的作用是对水流旋转的方向进行调整；所述出水弯管的作用是便于泵轴穿出，所述出水直管的作用是对从弯管流出的水流作进一步调整；

(2)大型低扬程泵装置由所述泵体和流道组成，所述流道根据各个泵站的具体情况进行专门设计，包括进水流道和出水流道；泵装置效率等于泵体效率乘以流道效率；进水流道的作用是使从进水池流入泵体叶轮进口的水流均匀地转向和收缩；所述叶轮的作用是通过其高速旋转将能量传递给水流，所述导叶体的作用是对水流旋转的方向进行调整；所述出水流道的作用是使水流进行有序地转向和扩散、回收水流动能；

(3)在所述水泵模型水力性能测试装置中，由于水泵模型的导叶体出口水流具有旋转角速度，水泵模型的出水管道进口与所述导叶体出口连接，所以在采用CFD数值计算方法对所述出水管道进行水头损失计算时，需在其进口设置水流旋转平均角速度的边界条件；由于所述导叶体出口水流具有旋转角速度，所述低扬程泵装置的出水流道进口与所述导叶体出口连接，所以在采用CFD数值计算方法对所述出水流道进行水头损失计算时，同样需在其进口设置水流旋转平均角速度的边界条件；

为准备好所述出水管道水头损失计算和所述出水流道水头损失计算所需的边界条件，对所述常用低扬程水泵模型导叶体出口水流所具有的旋转平均角速度逐一进行检测，并将检测结果保存备用；为此，设计了专用的水泵模型导叶体出口水流平均角速度检测装置，其由泵体模型、平均角速度检测仪、出水池、闸阀、辅助泵和流量计通过管道连接组成；所述平均角速度检测仪安装在紧靠水泵导叶体出口的管道中，用于测量水泵导叶体出口水流的平均角速度；所述平均角速度检测仪由轮毂、轴和叶片组成；所述轮毂直径与所述导叶体出口断面处的轮毂直径相同；所述叶片沿轮毂圆周方向均匀布置，叶片边缘至管道内壁的间隙不大于2mm，其长度为90mm；在所述导叶体出口旋转水流的作用下，所述平均角速度检测仪的叶片随同水流作旋转运动；在其中1个叶片的侧面贴有金属反光片，在管道上相应位置设置光电传感器，其头部与所述管道的内壁齐平；在测试中，所述光电传感器发出光束，叶片每旋转一圈，叶片上的反光片对该光束反光1次，光电传感器接收1次光脉冲信号；所述光脉冲信号由电缆传输到计数器，根据计数器单位时间内记录的光脉冲个数即可得到所述叶片单位时间的旋转圈数n，根据旋转圈数n即可计算所述导叶体出口水流的旋转平均角速度；

所述闸阀为蝶阀，用于调节所述泵体模型的工况；所述辅助泵为管道泵，用于帮助所述泵体模型克服管道阻力；所述流量计为电磁流量计，用于测量通过所述泵体模型的流量；

(4)根据所述公布的常用低扬程水泵模型的水力性能数据，在所述水泵模型水力性能测试装置中，对水泵模型的泵体效率进行推算，其步骤包括：

①采用CFD数值计算方法，对所述水泵模型依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算其进水管道和出水管道的水头损失；在计算所述出水管道水头损失时，根据第(3)步骤的检测结果给出其进口边界条件所需的水流旋转平均角速度；

②根据第①步计算所得水泵模型进、出水管道的水头损失，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算所述水泵模型相应工况的泵体扬程和管道效率；

③根据第②步计算所得的管道效率，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点推算泵体效率；

(5)采用CFD数值计算方法，对所述低扬程泵装置依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算其进、出水流道的水头损失；计算所述出水流道的水头损失时，根据第(3)步骤检测结果给出其进口边界条件所需的水流旋转平均角速度；

(6)根据第(5)步骤计算所得泵装置进、出水流道水头损失，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算所述泵装置的流道效率；

(7)根据第(4)步骤中的第③步计算得到的泵体效率和第(6)步骤计算得到的流道效率，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算泵装置效率；

(8)根据上述计算结果，逐个叶轮叶片安放角度绘制所述低扬程泵装置的能量性能曲线。

与现有方法相比，本发明具有以下有益效果：

第一，根据所述检测机构公布的常用低扬程水泵模型水力性能数据，可在未进行泵装置模型试验的情况下，适时、准确地推算泵装置能量性能，为在大型低扬程泵站设计阶段检验水泵装置的选型设计是否满足要求提供必要的依据。

第二，为大型低扬程泵站设备招标文件中提出合理的水泵装置性能技术指标提供科学依据，一方面可避免因所提技术指标过低而降低泵站建设水平，另一方面也可避免因所提技术指标过高而无法实现。

第三，现有方法采用的泵装置模型试验需耗时数月，常影响泵站的工程设计质量和建设进度，采用本发明对保证泵站设计质量和工程建设进度具有重要意义。

附图说明

图1是水泵模型水力性能测试装置中的水泵模型示意图。

图2是大型低扬程泵装置示意图。

图3是本发明的水泵导叶体出口水流平均角速度检测装置示意图。

图4是本发明实施例的低扬程泵装置Q～η_zz曲线图。

图中：1泵体，2叶轮，3导叶体，4进水管道，5出水管道，6进水直管，7进水锥管，8出水弯管，9出水直管，10泵轴，11进水流道，12出水流道，13泵体模型，14平均角速度检测仪，15出水池，16闸阀，17辅助泵，18流量计，19导叶体模型，20轮毂，21轴，22叶片，23金属反光片，24光电传感器，25计数器，26管道，27电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

(1)在所述水泵模型水力性能测试装置中，水泵模型由泵体1和管道组成，如图1所示；所述泵体1由叶轮2和导叶体3组成，所述管道包括进水管道4和出水管道5；所述进水管道4由进水直管6和进水锥管7组成，所述出水管道5由出水弯管8和出水直管9组成；所述水泵模型效率等于泵体效率乘以管道效率，其表达式为

η_bm＝η_bt×η_gd(1)

式中，η_bm为水泵模型效率(％)，η_bt为泵体效率(％)，η_gd为管道效率(％)；

所述进水直管6的作用是引导水流均匀进入进水锥管7，进水锥管7的作用是使水流均匀收缩后进入叶轮2；所述叶轮2的作用是通过其高速旋转将能量传递给水流，所述导叶体3的作用是对水流旋转的方向进行调整；所述出水弯管8的作用是便于泵轴10穿出，出水直管9的作用是对从出水弯管8流出的水流作进一步调整；

(2)大型低扬程泵装置由所述泵体1和流道组成，所述流道包括进水流道11和出水流道12，如图2所示；泵装置效率等于泵体效率与流道效率的乘积，其表达式为

η_zz＝η_bt×η_ld(2)

式中，η_zz为泵装置效率(％)，η_bt为泵体效率(％)，η_ld为流道效率(％)；

所述进水流道11的作用是使从进水池流入泵体叶轮2进口的水流均匀地转向和收缩；所述叶轮2的作用是通过其高速旋转将能量传递给水流，所述导叶体3的作用是对水流旋转的方向进行调整；所述出水流道12的作用是使水流进行有序地转向和扩散、回收水流动能；

(3)在所述水泵模型水力性能测试装置中，由于水泵模型的导叶体3出口水流具有旋转角速度，水泵模型的出水管道5进口与所述导叶体3出口连接，所以在采用CFD数值计算方法对所述出水管道5进行水头损失计算时，需在其进口设置水流旋转平均角速度的边界条件；由于所述导叶体3出口水流具有旋转角速度，所述低扬程泵装置的出水流道12进口与所述导叶体3出口连接，所以在采用CFD数值计算方法对所述出水流道12进行水头损失计算时，同样需在其进口设置水流旋转平均角速度的边界条件；

对所述常用低扬程水泵模型导叶体3出口水流所具有的旋转平均角速度逐一进行检测，将其结果保存备用，为出水流道12和出水管道5的水头损失计算准备好所需的边界条件；设计了专用的水泵模型导叶体3出口水流平均角速度检测装置，由泵体模型13、平均角速度检测仪14、出水池15、闸阀16、辅助泵17和流量计18通过管道26连接组成，如图3所示；所述平均角速度检测仪14安装在紧靠导叶体模型19出口的管道中，用于测量导叶体模型19出口水流的平均角速度；所述平均角速度检测仪14由轮毂20、轴21和叶片22组成；所述轮毂20的直径与所述导叶体模型19出口断面处的轮毂直径相同；所述叶片22沿轮毂20的圆周方向均匀布置，叶片22边缘至管道26内壁的间隙不大于2mm，其长度为90mm；在所述导叶体模型19出口旋转水流的作用下，所述平均角速度检测仪14的叶片22随同水流作旋转运动；在其中1个叶片的侧面贴有金属反光片23，在管道26上相应位置设置光电传感器24，其头部与所述管道26的内壁齐平；在测试中，所述光电传感器24发出光束，叶片22每旋转一圈，叶片上的金属反光片23对该光束反光1次，光电传感器24接收1次光脉冲信号；所述光脉冲信号由电缆27传输到计数器25，根据计数器25单位时间内记录的光脉冲数即可得到所述叶片22单位时间的旋转圈数n，根据旋转圈数n即可计算所述导叶体模型19出口水流的旋转平均角速度；

所述闸阀16为蝶阀，用于调节所述泵体模型13的工况；所述辅助泵17为管道泵，用于帮助所述泵体模型13克服管道阻力；所述流量计18为电磁流量计，用于测量通过所述泵体模型13的流量；

(4)根据所述公布的常用低扬程水泵模型各个叶轮叶片安放角度、各个工况点的水力性能数据，在所述水泵模型水力性能测试装置中，对水泵模型的泵体效率进行推算，其步骤包括：

①采用CFD数值计算方法，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算水泵模型进水管道4和出水管道5的水头损失；在计算出水管道5水头损失时，根据第(3)步骤的检测结果给出其进口边界条件所需的水流旋转平均角速度；

②根据第①步计算所得水泵模型进、出水管道的水头损失，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算所述水泵模型的泵体扬程，其计算式为

(H_bt)_i＝(H_bm)_i+(Δh_gd)_i(3)

式中，(H_bt)_i和(H_bm)_i分别为水泵模型某叶片安放角度第i个工况点的泵体扬程(m)和水泵模型扬程(m)，(Δh_gd)_i为水泵模型某叶片安放角度第i个工况点的进水管道4与出水管道5的水头损失之和(m)；

③根据第②步计算所得水泵模型的泵体扬程，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算所述水泵模型的管道效率，其计算式为

${\left({\mathrm{\η}}_{gd}\right)}_i=\frac{{\left(H_{bm}\right)}_i}{{\left(H_{bt}\right)}_i}---\left(4\right)$

式中，(η_gd)_i为水泵模型某叶片安放角度第i个工况点的管道效率(％)；

④根据第③步计算所得的管道效率，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点推算泵体效率，其计算式为

${\left({\mathrm{\η}}_{bt}\right)}_i=\frac{{\left({\mathrm{\η}}_{bm}\right)}_i}{{\left({\mathrm{\η}}_{gd}\right)}_i}---\left(5\right)$

式中，(η_bt)_i和(η_bm)_i分别为水泵模型某叶片安放角度第i个工况点的泵体效率(％)和水泵模型效率(％)；

(5)采用CFD数值计算方法，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算所述低扬程泵装置进水流道11和出水流道12的水头损失；计算所述出水流道12的水头损失时，根据第(3)步骤检测结果给出其进口边界条件所需的水流旋转平均角速度；

(6)根据第(5)步骤计算所得泵装置进水流道11和出水流道12的水头损失，依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算所述泵装置相应工况的流道效率，其计算式如下：

${\left({\mathrm{\η}}_{1d}\right)}_i=\frac{{\left(H_{bt}\right)}_i-{\left({\mathrm{\Δh}}_{1d}\right)}_i}{{\left(H_{bt}\right)}_i}---\left(6\right)$

式中，(η_ld)_i为泵装置某叶片安放角度第i个工况点的流道效率(％)，(Δh_ld)_i为泵装置某叶片安放角度第i个工况点的进水流道11与出水流道12的水头损失之和(m)；

(7)根据第(4)步骤中的第④步计算得到的泵体效率和第(6)步骤计算得到的流道效率，由(2)式依次逐个叶片安放角度、逐个工况点计算泵装置效率；

(8)根据上述计算结果，逐个叶轮叶片安放角度绘制所述低扬程泵装置的能量性能曲线。

实施例

本实施例的大型低扬程泵站设计流量100m³/s，设计扬程和平均扬程分别为3.86m和3.66m，采用低扬程立式泵装置，选用4台3.15ZLQ-4型立式轴流泵(其中1台备用)，采用TJ04-ZL-06水泵模型，采用肘形进水流道和低驼峰式出水流道，该泵装置示意图示于图2；应用本发明推算该站泵装置能量性能的步骤如下：

(1)所述检测机构发布的水泵模型TJ04-ZL-06叶片安放角度为-4°、-2°、0°、+2°和+4°各工况点的水力性能测试数据列于表1；表1中的Q_bm、H_bm和η_bm分别表示水泵模型的流量、扬程和效率；

(2)针对表1中叶片安放角度-4°的水力性能测试数据((Q_bm)₁＝0.415m³/s、(H_bm)₁＝2.459m、(η_bm)₁＝73.03％)，采用CFD数值计算方法，计算进水管道4和出水管道5在该工况时的水头损失，算得进水管道4与出水管道5的水头损失之和(Δh_gd)₁＝0.211m，将其列于表2第2行的第3列；在计算出水管道5的水头损失时，根据所述常用水泵模型导叶体出口水流旋转平均角速度的检测结果给出其进口边界条件所需的水流旋转平均角速度；采用与第1个工况点(Δh_gd)₁计算相同的方法，计算第2个～第15个工况点的管道水头损失(Δh_gd)_i(i＝2，3，……，15)，将计算结果分别列于表2第2行的第4列～第17列；

(3)采用与第(2)步骤相同的方法，根据表1中叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的水力性能测试数据，依次计算叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的进、出水管道水头损失(Δh_gd)_i(i＝1，2，……，15)，将计算结果分别列于表3、表4、表5和表6的第2行；

(4)根据叶片安放角度为-4°时的(H_bm)₁和计算所得的(Δh_gd)₁，由公式(3)计算该工况点的泵体扬程(H_bt)₁＝2.459+0.211＝2.670，将其列于表2第3行的第3列；采用与第1个工况点(H_bt)₁计算相同的方法，计算第2个～第15个工况点的泵体扬程(H_bt)_i(i＝2，3，……，15)，将计算结果列于表2第3行的第4列～第17列；

根据叶片安放角度为-4°时的(H_bm)₁和计算所得的(H_bt)₁，由公式(4)计算该工况点管道效率将其列于表2第4行的第3列；采用与第1个工况点(η_gd)₁计算相同的方法，计算第2个～第15个工况点的管道效率(η_gd)_i(i＝2，3，……，15)，将计算结果依次列于表2第4行的第4列～第17列；

(5)采用与第(4)步骤相同的方法，根据叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的(H_bm)_i和计算所得的(Δh_gd)_i(i＝1，2，……，15)，依次计算叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的泵体扬程(H_bt)_i(i＝1，2，……，15)，将计算结果分别列于表3、表4、表5和表6的第3行；依次计算叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的管道效率(η_gd)_i(i＝1，2，……，15)，将计算结果分别列于表3、表4、表5和表6的第4行；

(6)根据叶片安放角度为-4°时的(η_bm)₁和计算所得的(η_gd)₁，由公式(5)计算该工况点的泵体效率将其列于表2第5行的第3列；采用与第1个工况点(η_bt)₁计算相同的方法，计算第2个～第15个工况点的泵体效率(η_bt)_i(i＝2，3，……，15)，将计算结果依次列于表2第5行的第4列～第17列；

(7)采用与第(6)步骤相同的方法，根据叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的(η_bm)_i和计算所得的(η_gd)_i(i＝1，2，……，15)，依次计算叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的泵体效率(η_bt)_i(i＝1，2，……，15)，将计算结果分别列于表3、表4、表5和表6的第5行；

(8)针对表1中叶片安放角度-4°第1个工况点的水力性能数据，采用CFD数值计算方法，计算本实施例低扬程泵装置中肘形进水流道和低驼峰式出水流道的水头损失，两者水头损失之和(Δh_ld)₁＝0.791m，将其列于表2第6行的第3列；在计算低驼峰式出水流道的水头损失时，其进口边界条件所需的水流旋转平均角速度根据所述常用水泵模型导叶体出口水流旋转平均角速度的检测结果给出；采用与第1个工况点(Δh_ld)₁计算相同的方法，计算第2个～第15个工况点的流道水头损失(Δh_ld)_i(i＝2，3，……，15)，将计算结果依次列于表2第6行的第4列～第17列；

(9)采用与第(8)步骤相同的方法，根据表1中叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的水力性能数据，依次计算叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的流道水头损失(Δh_ld)_i(i＝1，2，……，15)，将计算结果分别列于表3、表4、表5和表6的第6行；

(10)根据叶片安放角度为-4°时计算所得的(H_bt)₁和(Δh_ld)₁，由公式(6)计算该工况点的流道效率将其列于表2第7行的第3列；采用与第1个工况点(η_ld)₁计算相同的方法，计算第2个～第15个工况点的流道效率(η_ld)_i(i＝2，3，……，15)，将计算结果依次列于表2第7行的第4列～第17列；

(11)采用与第(10)步骤相同的方法，根据叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点计算所得的(H_bt)_i和(Δh_ld)_i(i＝1，2，……，15)，计算叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的流道效率(η_ld)_i(i＝1，2，……，15)，将计算结果分别列于表3、表4、表5和表6的第7行；

(12)根据计算所得叶片安放角度为-4°时的(η_bt)₁和(η_ld)₁，由公式(2)计算该工况点的泵装置效率(η_zz)₁＝79.29％×70.37％＝55.80％，将其列于表2第8行的第3列；采用与第1个工况点(η_zz)₁计算相同的方法，计算第2个～第15个工况点的泵装置效率(η_zz)_i(i＝2，3，……，15)，将计算结果依次列于表2第8行的第4列～第17列；

(13)采用与第(12)步骤相同的方法，根据计算所得叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的(η_bt)_i和(η_ld)_i(i＝1，2，……，15)，依次计算叶片安放角度-2°、0°、+2°和+4°各工况点的泵装置效率(η_zz)_i(i＝1，2，……，15)，将计算结果分别列于表3、表4、表5和表6的第8行；

(14)根据所述低扬程泵站泵装置叶轮叶片安放角度为-4°、-2°、0°、+2°和+4°各工况点的水力性能推算数据，分别绘制各个叶轮叶片安放角度的泵装置能量性能曲线，如图4所示。

Claims (10)

1.大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)在国家指定检测机构对水泵模型水力性能进行测试的装置中，水泵模型由泵体和管道组成；将水泵模型效率拆分为泵体效率和管道效率；所述泵体包括水泵叶轮和水泵导叶体，所述管道包括进水管道和出水管道，进水管道由进水直管和进水锥管组成，出水管道由出水弯管和出水直管组成；

(2)大型低扬程泵装置由所述泵体和根据各个泵站具体情况专门设计的流道组成，将泵装置效率拆分为泵体效率和流道效率；所述流道包括进水流道和出水流道；

(3)检测常用低扬程水泵模型导叶体出口水流所具有的旋转平均角速度，将检测结果保存备用；

(4)根据所述检测机构公布的常用低扬程水泵模型水力性能数据，采用CFD数值计算方法，针对所述水泵模型水力性能测试装置中的水泵模型，依次逐个叶轮叶片安放角度、逐个工况点计算其进水管道和出水管道的水头损失，据此计算其相应工况点的泵体扬程和管道效率，并进一步算出该工况点的泵体效率；

(5)根据所述检测机构公布的常用低扬程水泵模型水力性能数据，采用CFD数值计算方法，对所述低扬程泵装置依次逐个叶轮叶片安放角度、逐个工况点计算其进水流道和出水流道的水头损失，据此计算其相应工况点的流道效率；

(6)根据所述计算得到的泵体效率和流道效率，依次逐个叶轮叶片安放角度、逐个工况点计算所述泵装置效率；

(7)根据计算结果，逐个叶轮叶片安放角度绘制所述低扬程泵装置的能量性能曲线。

2.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，所述水泵模型效率等于泵体效率乘以管道效率，其表达式为

η_bm＝η_bt×η_gd

式中，η_bm为水泵模型效率(％)；η_bt为泵体效率(％)；η_gd为管道效率(％)。

3.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，所述泵装置效率等于泵体效率与流道效率的乘积，其表达式为

η_zz＝η_bt×η_ld

式中，η_zz为泵装置效率(％)；η_bt为泵体效率(％)；η_ld为流道效率(％)。

4.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，所述检测常用低扬程水泵模型导叶体出口水流所具有的旋转平均角速度通过设计专用的水泵模型导叶体出口水流平均角速度检测装置完成，所述检测装置由泵体模型、平均角速度检测仪、出水池、闸阀、辅助泵和流量计依次设置并通过管道首尾连接而成；

所述平均角速度检测仪安装在紧靠水泵导叶体出口的管道中，用于测量水泵导叶体出口水流的平均角速度；

所述平均角速度检测仪由轮毂、轴和叶片组成；所述轮毂直径与所述导叶体出口断面处的轮毂直径相同；所述叶片沿轮毂圆周方向均匀布置，叶片边缘至管道内壁的间隙不大于2mm，其长度为90mm；在所述导叶体出口旋转水流的作用下，所述平均角速度检测仪的叶片随同水流作旋转运动；在其中1个叶片的侧面贴有金属反光片，在管道上相应位置设置光电传感器，光电传感器头部与所述管道的内壁齐平；

在测试中，所述光电传感器发出光束，叶片每旋转一圈，叶片上的反光片对该光束反光1次，光电传感器接收1次光脉冲信号；所述光脉冲信号由电缆传输到计数器，根据计数器单位时间内记录的光脉冲个数即可得到所述叶片单位时间的旋转圈数n，根据旋转圈数n即可计算所述导叶体出口水流的旋转平均角速度。

5.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，所述水泵模型的管道效率根据水泵模型扬程和计算所得泵体扬程进行计算，其计算式为

${\left({\mathrm{\η}}_{\mathrm{gd}}\right)}_i=\frac{{\left(H_{\mathrm{bm}}\right)}_i}{{\left(H_{\mathrm{bt}}\right)}_i}$

式中，(η_gd)_i为水泵模型某叶片安放角度第i个工况点的管道效率(％)，(H_bt)_i和(H_bm)_i分别为水泵模型某叶片安放角度第i个工况点的泵体扬程(m)和水泵模型扬程(m)。

6.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，所述泵体效率根据水泵模型效率和计算所得管道效率进行推算，其计算式为

${\left({\mathrm{\η}}_{\mathrm{bt}}\right)}_i=\frac{{\left({\mathrm{\η}}_{\mathrm{bm}}\right)}_i}{{\left({\mathrm{\η}}_{\mathrm{gd}}\right)}_i}$

式中，(η_bt)_i和(η_bm)_i分别为水泵模型某叶片安放角度第i个工况点的泵体效率(％)和水泵模型效率(％)。

7.根据权利要求1所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，所述泵装置中的流道效率根据计算所得的泵体扬程和进、出水流道水头损失进行计算，其计算式如下：

${\left({\mathrm{\η}}_{1d}\right)}_i=\frac{{\left(H_{\mathrm{bt}}\right)}_i-{\left(\mathrm{\Δ}{h}_{1d}\right)}_i}{{\left(H_{\mathrm{bt}}\right)}_i}$

式中，(η_ld)_i为泵装置某叶片安放角度第i个工况点的流道效率(％)，(Δh_ld)_i为泵装置某叶片安放角度第i个工况点的进水流道与出水流道的水头损失之和(m)。

8.根据权利要求5所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，所述泵体扬程根据水泵模型扬程和计算所得进、出水管道的水头损失进行计算，其计算式为

(H_bt)_i＝(H_bm)_i+(Δh_gd)_i

式中，(Δh_gd)_i为水泵模型某叶片安放角度第i个工况点的进水管道与出水管道的水头损失之和(m)。

9.根据权利要求7所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，采用CFD数值模拟的方法计算所述泵装置的进水流道和出水流道水头损失；在计算所述出水流道水头损失时，给出其进口边界条件所需的水流旋转平均角速度。

10.根据权利要求8所述的大型低扬程泵装置能量性能推算方法，其特征是，采用CFD数值模拟的方法计算所述水泵模型的进水管道和出水管道水头损失；在计算所述出水管道水头损失时，给出其进口边界条件所需的水流旋转平均角速度。