近几年随着我国城市规模的不断壮大,城市防洪排涝标准显著提高,我国沿江、沿湖的一些城市因地势平缓低洼,因此需要建设一批大型排涝泵站。这些泵站的提水扬程普遍较低,属于低扬程泵站。竖井贯流泵站凭借结构简单,造价成本较低,在电机的安装检修、维护方面比较便捷等优点特别适用于低扬程大型泵站。但竖井贯流泵站实际运行过程中存在影响泵站运行的关键问题:竖井贯流泵装置起动过程中存在出口快速闸门与水泵转速起动的合理匹配问题,若设计不合理会出现起动负荷大,水泵装置出现振动,而在竖井贯流泵装置停机过程中快速闸门关闭时间过长会导致水流倒流,也会诱发机组振动,水泵高速倒转易导致电机、齿轮箱等损坏,严重影响泵站安全运行。因此进行竖井贯流泵装置起动停机过渡过程的研究有着至关重要的理论价值和实际意义。本文分别对竖井贯流泵装置起停过渡过程进行数值模拟研究,研究内容和成果如下:(1)在竖井贯流泵装置动态数值模拟方面,本文采用三维数值模拟软件Fluent的动网格技术和UDF宏程序实现了竖井贯流泵站起动停机过程中叶轮转速的变化和快速闸门的起闭运动。在竖井贯流泵装置起动过程中编辑UDF宏程序控制水泵转速按线性规律提升的动态过程,在竖井贯流泵装置停机过程中编辑特定的UDF宏函数不断读取叶片实时转矩,再利用转矩平衡方程计算,实现停机过程中水泵叶轮转速随水流实时变化的过程。(2)对竖井贯流泵装置进行起动过渡过程数值模拟,通过对起动过程中各参数和性能的监测,得出了水泵转速提升时间、快速闸门抬升时间对竖井贯流泵装置起动运行的影响。在竖井贯流泵装置起动过程中:当水泵转速提升时间相同,快速闸门开启时间越短,水泵段扬程越小,但出口流量初始为负值,流道内出现回流。反之快速闸门开启时间越长,竖井贯流泵水泵段扬程、水泵叶片转矩和轴向力矩都增大。当快速闸门提升时间相同,水泵转速提升时间越快,水泵流量提升较快,水泵段两侧的压强差较大,水泵段扬程很大。反之水泵转速提升时间越慢,水泵各参数数值降低较明显,前期的水流回流较严重,起动时的各参数均有波动。因此,在竖井贯流泵起动过程中应加快水泵转速提升,快速闸门同时配合水泵转速同时加快开启速度。(3)对竖井贯流泵装置进行事故停泵数值模拟,分析上下游水位差为0.37m、0.68m、1.0m、1.5m、2.0m五种情况的事故停泵过渡过程数值模拟计算结果,从而获得竖井贯流泵装置事故停泵过渡过程中最大飞逸角速度与上下游水位差呈二次根变化规律的关系。在研究的五种不同运行情况下,最大飞逸角速度在上下游水位差为2.0m,飞逸角速度为-205.797rad/s,是额定角速度的2.303倍。事故停泵过程中不同上下游水位差下的流道内部流体的变化规律基本一致,但最大飞逸角速度与上下游水位差成正比。因此,在竖井贯流泵事故停泵过程中低水位差下对机组的影响较小,但高水位差下应尽快采取措施关闭闸门阻止水泵飞逸。(4)对竖井贯流泵装置进行正常停机过程数值模拟,对比分析不同快速闸门关闭时间分别为20s和50s情况下的停机过渡过程结果。在正常停机过程中,叶片轴向力会出现振荡现象,且振荡持续时间与快速闸门关闭时间成反比。当快速闸门关闭时间为20s时,停机过程未出现流体倒流现象,但快速闸门进水侧内部流体的流动较剧烈。在快速闸门关闭时间为50s时,停机过程中出现倒流飞逸现象,在3.8s时水泵叶轮出现最大反向角速度为-12.01rad/s,此时竖井贯流泵进、出口流量同时出现反向流动流量最大值分别为-98.81L/s和-95.58L/s。竖井贯流泵装置在停机时应根据实际条件缩短快速闸门关闭时间,减小在停机过程中水流倒流的影响,保证机组的安全性。