一種水力性能優(yōu)異的前置豎井式貫流泵進水流道的制作方法
【專利摘要】一種水力性能優(yōu)異的前置豎井式貫流泵進水流道，屬于水利工程泵站【技術領域】。所述前置豎井式貫流泵進水流道沿水流方向分為直線進口段、豎井過流段、相貫匯流段和圓臺整流段等 4 段，各段具有不同的幾何特征；所述豎井過流段、相貫匯流段和圓臺整流段幾何形體復雜，提供了詳細的斷面位置圖和斷面數(shù)據(jù)表；所述前置豎井式貫流泵進水流道所有尺寸均用相對值表示，將這些相對值乘以泵站擬采用的貫流泵葉輪直徑即可得該泵站進水流道的實際所需尺寸；所述直線進口段的參數(shù)可根據(jù)泵站的實際需要在一定范圍內(nèi)調整，以適應不同泵站對流道長度、寬度等主要幾何參數(shù)的實際需要。本實用新型水力性能優(yōu)異、適用性強、應用簡便，確保泵站的安全、穩(wěn)定。
【專利說明】一種水力性能優(yōu)異的前置豎井式貫流泵進水流道
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利工程泵站【技術領域】，具體涉及一種水力性能優(yōu)異的前置堅井式貫 流泵進水流道，主要用于指導工程技術人員設計水力性能優(yōu)異的前置堅井式貫流泵進水流 道，以保證其設計質量。
【背景技術】
[0002] 前置堅井式貫流泵裝置具有水流平順、流道水力損失小的優(yōu)點，適用于特低揚程 (低于3m)的大型泵站，以解決低揚程泵裝置效率難以提高的問題。該型式的泵裝置在進 水流道內(nèi)設置用鋼筋混凝土澆筑的堅井，動力機、軸承及齒輪箱等設備安裝在堅井內(nèi)，與其 它型式的低揚程泵裝置相比，具有結構較簡單、安裝檢修較方便、投資較少等優(yōu)點。對前置 堅井式貫流泵進水流道的設計要求為：（1)提供足夠大的堅井空間尺寸，以便于動力機、齒 輪箱等設備的安裝和檢修；（2)引導水流平順地從前池流向貫流泵葉輪室，為其進口提供 均勻的流場，確保實現(xiàn)泵站安全、穩(wěn)定和高效運行。前置堅井式貫流泵進水流道三維形體復 雜，須同時滿足堅井內(nèi)空間尺寸足夠大和流道內(nèi)流場平順均勻兩個方面的要求，通常需采 用復雜的基于CFD的優(yōu)化水力設計方法，設計難度大、設計周期長。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的就是針對上述情況，提供了一種水力性能優(yōu)異的前置堅井式貫流泵 進水流道，用以保證所設計的進水流道滿足堅井內(nèi)空間尺寸足夠大和流道內(nèi)流場平順均勻 兩方面的要求，確保泵站安全、穩(wěn)定和高效運行。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的，一種水力性能優(yōu)異的前置堅井式貫流 泵進水流道，其特征是，所述前置堅井式貫流泵進水流道沿水流方向設有直線進口段、堅井 過流段、相貫匯流段和圓臺整流段，直線進口段、堅井過流段、相貫匯流段和圓臺整流段的 長度、高度、寬度及涉及到的弧面、曲線半徑均與貫流泵葉輪直徑D (單位為m，下同）相關 聯(lián)；所述直線進口段位于所述前置堅井式貫流泵進水流道的最前端，直線進口段過流通道 由流道內(nèi)壁構成，流道上、下邊線和平面形線均為直線，斷面形狀為矩形，引導水流平順進 入進水流道，直線進口段的長度Lz為0. 8D、高度Hzl為I. 576D、寬度Bzl為2. 545D、進口頂 板圓弧半徑R = 〇. 3077D - 0. 0154m ;所述堅井過流段位于直線進口段之后，堅井過流段 過流通道由流道內(nèi)壁和堅井外壁構成，流道的斷面形狀沿水流方向由方逐漸變圓，堅井外 壁面形狀沿水流方向采用橄欖形變化曲面，引導水流平順地由堅井兩側的過流通道通過， 堅井過流段長度Lj為3. 586D、進口寬度BLjl和高度Hjl分別為2. 54?和I. 576D ;所述相 貫匯流段位于堅井過流段之后，相貫匯流段過流通道由流道的內(nèi)壁和堅井及圓臺的外壁構 成，引導從堅井兩側流出的兩股水流無沖擊地平順匯合，相貫匯流段的長度Lg為I. 027D、進 口寬度BLgl和高度Hgl分別為2. 212D和I. 576D、堅井寬度BJgl為I. 08D、圓臺直徑DYgl為 I. 08D ;所述圓臺整流段位于相貫匯流段之后，圓臺整流段過流通道由流道內(nèi)壁和圓臺外壁 構成，流道內(nèi)壁和圓臺外壁的母線形狀均為曲線，圓臺整流段對流向貫流泵葉輪室的水流 進行最后的平順穩(wěn)定調整和加速，使水流十分均勻地進入貫流泵葉輪室，圓臺整流段的長 度Lt為0. 658D、流道進口直徑DLtl和圓臺進口直徑DYtl分別為I. 316D和0. 453D、流道出 口直徑DLt2和圓臺出口直徑DYt2分別為0. 973D和0. 367D ;直線進口段、堅井過流段、相貫 匯流段和圓臺整流段依次平滑過渡連接。
[0005] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0006] 第一，本發(fā)明的前置堅井式貫流泵進水流道水力性能優(yōu)異，使用方法簡便，無需進 行復雜的基于CFD的優(yōu)化水力設計研究工作；可保證每座泵站前置堅井式貫流泵進水流道 設計的質量，對于確保大型堅井式貫流泵站的安全、穩(wěn)定和高效運行具有重要意義。
[0007] 第二，本發(fā)明提供的前置堅井式貫流泵進水流道沿水流方向分為直線進口段、堅 井過流段、相貫匯流段和圓臺整流段4個段，各段具有不同的幾何特征和作用；直線進口段 對泵站前池來流作初步調整，堅井過流段引導水流均勻地由堅井兩側通過，相貫匯流段使 從堅井兩側流出的兩股水流無沖擊地平順匯合，圓臺整流段是最后將水流調整至十分均勻 的狀態(tài)進入貫流泵葉輪室；應用本發(fā)明得到的前置堅井式貫流泵進水流道水流流態(tài)平順均 勻、流線層次分明，水力性能優(yōu)異。
[0008] 第三，根據(jù)對已建大型堅井式貫流泵站的統(tǒng)計，前置堅井式貫流泵進水流道的長 度、寬度和高度的相對值（以貫流泵葉輪直徑D為基準值）比較接近；流道所有幾何參數(shù)均 用相對值表示，對于大型堅井式貫流泵站，將這些相對值乘以貫流泵葉輪直徑D即可得到 所需的流道尺寸；流道的長度和寬度可根據(jù)不同泵站的實際需要在一定范圍內(nèi)方便地進行 調整。
[0009] 第四，本發(fā)明提供的前置堅井式貫流泵進水流道水力性能優(yōu)異：①根據(jù)近幾年來 對大型前置堅井式貫流泵進水流道的研究和應用成果，選擇其中經(jīng)過充分優(yōu)化水力設計和 嚴格性能測試、并得到成功應用的前置堅井式貫流泵進水流道；②所述前置堅井式貫流泵 進水流道的主要水力性能指標如下：流道出口水流速度分布均勻度Vu > 98. 5% ;流道出口 水流進入貫流泵葉輪室的平均角度>88.5。；設計流量的流道水力損失Ah < 0. 08m。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖Ia是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道縱剖視示意圖；
[0011] 圖Ib是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道橫剖視示意圖；
[0012] 圖Ic是圖Ia和圖Ib中的Aji - Aji斷面剖視示意圖；
[0013] 圖Id是圖Ia和圖Ib中的Agi - Agi斷面剖視示意圖；
[0014] 圖Ie是圖Ia和圖Ib中的Ati - Ati斷面剖視示意圖；
[0015] 圖2a是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道堅井過流段斷面位置縱剖視示意圖；
[0016] 圖2b是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道堅井過流段斷面位置橫剖視示意圖；
[0017] 圖3a是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道相貫匯流段斷面位置縱剖視示意圖；
[0018] 圖3b是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道相貫匯流段斷面位置橫剖視示意圖； [0019] 圖4是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道圓臺整流段斷面位置縱剖視示意圖；
[0020] 圖5a是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道直線進口段長度調整縱剖視示意圖；
[0021] 圖5b是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道直線進口段長度調整橫剖視示意圖；
[0022] 圖6a是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道直線進口段寬度調整縱剖視示意圖；
[0023] 圖6b是本發(fā)明前置堅井式貫流泵進水流道直線進口段寬度調整橫剖視示意圖。
[0024] 圖中：1流道，2堅井，3圓臺，4直線進口段，5堅井過流段，6相貫匯流段，7圓臺整 流段，8縱剖面上邊線，9縱剖面下邊線。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：
[0026] (1)本發(fā)明的目的：①提供一種適用性強的前置堅井式貫流泵進水流道，該流道 已經(jīng)過嚴格測試，證明其水力性能優(yōu)異，并已在大型泵站得到成功應用；②提供的前置堅井 式貫流泵進水流道過流通道由流道1的內(nèi)壁和堅井2及圓臺3的外壁構成，如圖la、圖Ib 所示；堅井2與圓臺3相貫，兩者位于流道1的內(nèi)部，過流通道斷面由內(nèi)圈和外圈構成，內(nèi)圈 為堅井2或圓臺3的外壁，外圈為流道1的內(nèi)壁，如圖lc、圖IcU圖Ie所示；③所述前置堅 井式貫流泵進水流道沿水流方向分為直線進口段4、堅井過流段5、相貫匯流段6和圓臺整 流段7,各段具有不同的幾何特征和作用，如圖la、圖Ib所示；④所述前置堅井式貫流泵進 水流道的幾何參數(shù)均以相對值表示（以貫流泵葉輪直徑D為基準值，下同）；⑤所述堅井過 流段5、相貫匯流段6和圓臺整流段7幾何形體復雜，提供詳細的斷面位置和斷面數(shù)據(jù)；⑥ 將各幾何參數(shù)相對值乘以泵站擬采用的貫流泵葉輪直徑D即可得該泵站所需進水流道及 堅井的尺寸；⑦所述前置堅井式貫流泵進水流道的長度和寬度可根據(jù)不同泵站的實際需要 在一定范圍內(nèi)調整。
[0027] (2)所提供的前置堅井式貫流泵進水流道水力性能優(yōu)異；
[0028] ①根據(jù)近幾年來對前置堅井式貫流泵進水流道的研究和應用成果，選擇經(jīng)過充分 優(yōu)化水力設計和嚴格性能測試、并得到成功應用的前置堅井式貫流泵進水流道；
[0029] ②所述前置堅井式貫流泵進水流道的主要水力性能指標如下：
[0030] 流道出口水流速度分布均勻度Vu彡98. 5% ;
[0031] 流道出口水流進入貫流栗葉輪室的平均角度:3^88.5。5
[0032] 設計流量的流道水力損失Ah <0? 08m。
[0033] (3)所提供前置堅井式貫流泵進水流道幾何形體的表達方式簡潔清楚；
[0034] ①所提供的前置堅井式貫流泵進水流道的過流通道由流道1的內(nèi)壁和堅井2及圓 臺3的外壁構成；堅井2與圓臺3相貫，兩者位于流道1的內(nèi)部，所述前置堅井式貫流泵進 水流道過流通道的斷面由內(nèi)圈和外圈構成，外圈為流道1的內(nèi)壁，內(nèi)圈為堅井2或圓臺3的 外壁；
[0035] ②所述前置堅井式貫流泵進水流道沿水流方向分為直線進口段4、堅井過流段5、 相貫匯流段6和圓臺整流段7,各段具有不同的幾何特征和作用；
[0036] ③所述前置堅井式貫流泵進水流道的幾何尺寸均以相對值表示；
[0037] ④所述直線進口段4位于所述前置堅井式貫流泵進水流道的最前端，其特征是過 流通道由流道內(nèi)壁構成，該段流道上、下邊線和平面形線均為直線，斷面形狀為矩形；其作 用主要是為了適應泵房布置的需要，同時也可發(fā)揮引導水流進入流道的作用；該段的幾何 參數(shù)包括直線進口段4的長度Lz、寬度Bzl、高度Hzl和進口頂板圓弧半徑R ;
[0038] ⑤所述堅井過流段5位于直線進口段4之后，其特征是過流通道由流道1內(nèi)壁和 堅井2外壁構成，其斷面形狀如圖Ic所示，該段流道1的斷面形狀由方變圓，堅井2外壁的 高度不變、寬度采用了橄欖形變化曲面；其作用是引導水流平順地由該段堅井2的兩側通 過；為準確表達該段幾何形體，提供了該段詳細的斷面位置圖及數(shù)據(jù)表；數(shù)據(jù)表中包括該 段各斷面的流道縱剖面上邊線8的坐標（Xjli, Yjli)、下邊線9的坐標（Xj2i，Yj2i)、流道高度 %、寬度BLp過渡圓半徑&和堅井寬度等數(shù)據(jù)；
[0039] ⑥所述相貫匯流段6位于堅井過流段5之后，其特征是堅井2與圓臺3在該段相 貫，過流通道由流道1內(nèi)壁和堅井2或圓臺3的外壁構成，其斷面形狀如圖Id所示；該段的 作用是使從堅井兩側流出的兩股水流無沖擊地平順匯合；該段幾何形體復雜且對所述前置 堅井式貫流泵進水流道的水力性能影響大，水力設計要求高，為此，提供了該段詳細的斷面 位置圖及數(shù)據(jù)表；數(shù)據(jù)表中包括該段各斷面的流道縱剖面上邊線8的坐標（Xgli，Ygli)、下邊 線9的坐標（Xg2i，Yg2i)、流道高度Hgi、寬度BLgi、過渡圓半徑R gi、堅井寬度BJgi和圓臺直徑 DYgi等數(shù)據(jù)；
[0040] ⑦所述圓臺整流段7位于相貫匯流段6之后，其特征是過流通道由流道1內(nèi)壁和 圓臺3外壁構成，其內(nèi)、外壁的母線形狀均為曲線，該段的斷面形狀如圖Ie所示；該段的作 用是對流向貫流泵葉輪室的水流作最后的調整和加速，以保證水流十分均勻地進入貫流泵 葉輪室，該段水力設計對水流速度分布均勻度Vu和入泵平均角度具有決定性影響；提 供了該段詳細的斷面位置圖及數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中包括該段各斷面的縱剖面上邊線8的坐標 (Xtli，Ytli)、下邊線9的坐標（Xt2i，Yt2i)、流道直徑DL ti和圓臺直徑DYti等數(shù)據(jù)。
[0041] (4)所提供的前置堅井式貫流泵進水流道應用方法便于推廣應用；
[0042] ①將所述前置堅井式貫流泵進水流道各幾何參數(shù)相對值乘以泵站擬采用的貫流 泵葉輪直徑D即可得該泵站進水流道所需的尺寸；
[0043] ②為獲得優(yōu)異的水力性能、保證前置堅井式貫流泵進水流道的水力設計質量，同 時避免進行復雜的優(yōu)化水力設計研究，本發(fā)明將幾何形體復雜的堅井過流段5、相貫匯流段 6和圓臺整流段7采用詳細的斷面位置圖及數(shù)據(jù)表表示，可直接換算應用，無需再進行復雜 的優(yōu)化水力設計研究；
[0044] ③所述直線進口段4的長度Lz根據(jù)泵房布置的需要可在所提供參數(shù)的基礎上加 長或縮短；
[0045] ④所述直線進口段4的寬度Bzl根據(jù)泵房平面結構布置的需要可在所提供參數(shù)的 基礎上適當加大或減小，同時需對所述堅井過流段的流道平面形線進行相應調整。
[0046] 實施例1
[0047] (1)本發(fā)明水力性能優(yōu)異的前置堅井式貫流泵進水流道如下：
[0048] 本發(fā)明提供的前置堅井式貫流泵進水流道沿水流方向設有直線進口段4、堅井過 流段5、相貫匯流段6和圓臺整流段7,所述各段數(shù)據(jù)均采用相對值表示；所述直線進口段4 的長度Lz為0. 8D、高度Hzl為I. 576D、寬度Bzl為2. 54?、進口頂板圓弧半徑R = 0. 3077D - 0. 0154m ;所述堅井過流段5的長度Lj為3. 586D、進口寬度BLjl為2. 545D、高度Hjl為 1. 576D，該段各斷面的流道縱剖面上邊線8的坐標（Xjli, Yjli)、下邊線9的坐標（Xj2i，Yj2i)、 流道高度％、寬度BLf過渡圓半徑&和堅井寬度Bh等數(shù)據(jù)見表1，各斷面的位置如圖2 所示；所述相貫匯流段6的長度Lg為I. 027D、進口寬度BLgl為2. 212D、高度Hgl為I. 576D、 堅井寬度BJgl為I. 08D、圓臺直徑DYgl為I. 08D，該段各斷面的流道縱剖面上邊線8的坐標 (Xgli，Ygli)、下邊線9的坐標（Xg2i，Yg2i)、流道高度H gi、寬度BLgi、過渡圓半徑Rgi、堅井寬度 BJgi和圓臺直徑DYgi等數(shù)據(jù)見表2,各斷面的位置如圖3所示；所述圓臺整流段7的長度Lt 為0.658D、流道進口直徑DLtl為1.316D、圓臺進口直徑DYtl為0.453D、流道出口直徑DL t2為0. 973D、圓臺出口直徑DYt2為0. 367D，該段各斷面的流道縱剖面上邊線8的坐標（Xtli， Ytli)、下邊線9的坐標（Xt2i，Yt2i)、流道直徑DL ti和圓臺直徑DYti等數(shù)據(jù)見表3,各斷面的位 置如圖4所示；表1、表2和表3中縱剖面上邊線8和下邊線9的坐標原點位于堅井過流段 5進口斷面的O點，如圖2所示；表1、表2和表3中各數(shù)據(jù)為相對值（以貫流泵葉輪直徑D 為基準值）。
[0049] 表1堅井過流段斷面數(shù)據(jù)表
[0050]
【權利要求】
1. 一種水力性能優(yōu)異的前置堅井式貫流泵進水流道，其特征是，所述前置堅井式貫流 泵進水流道沿水流方向設有直線進口段、堅井過流段、相貫匯流段和圓臺整流段，直線進口 段、堅井過流段、相貫匯流段和圓臺整流段的長度、高度、寬度及涉及到弧面、曲線半徑等均 與貫流泵葉輪直徑D相關聯(lián)；所述直線進口段位于所述前置堅井式貫流泵進水流道的最前 端，直線進口段過流通道由流道內(nèi)壁構成，流道上、下邊線和平面形線均為直線，斷面形狀 為矩形，引導水流平順進入進水流道，直線進口段的長度Lz為0. 8D、高度Hzl為1. 576D、寬 度Bzl為2. 545D、進口頂板圓弧半徑R = 0. 3077D - 0. 0154m ;所述堅井過流段位于直線 進口段之后，堅井過流段過流通道由流道內(nèi)壁和堅井外壁構成，流道的斷面形狀沿水流方 向由方逐漸變圓，堅井外壁面形狀沿水流方向采用橄欖形變化曲面，引導水流平順地由堅 井兩側的過流通道通過，堅井過流段的長度Lj為3. 586D、進口寬度和高度知分別為 2. 54?和1. 576D ;所述相貫匯流段位于堅井過流段之后，相貫匯流段過流通道由流道的內(nèi) 壁和堅井及圓臺的外壁構成，引導從堅井兩側流出的兩股水流無沖擊地平順匯合，相貫匯 流段的長度Lg為1. 027D、進口寬度BLgl和高度Hgl分別為2. 212D和1. 576D、堅井寬度BJgl為1. 08D、圓臺直徑DYgl為1. 08D ;所述圓臺整流段位于相貫匯流段之后，圓臺整流段過流 通道由流道內(nèi)壁和圓臺外壁構成，流道內(nèi)壁和圓臺外壁的母線形狀均為曲線，圓臺整流段 對流向貫流泵葉輪室的水流進行最后的平順穩(wěn)定調整和加速，使水流十分均勻地進入貫流 泵葉輪室，圓臺整流段的長度Lt為0. 658D、流道進口直徑DLtl和圓臺進口直徑DYtl分別為 1. 316D和0. 453D、流道出口直徑DLt2和圓臺出口直徑DYt2分別為0. 973D和0. 367D ;直線 進口段、堅井過流段、相貫匯流段和圓臺整流段依次平滑過渡連接。
【文檔編號】E03B5/00GK204163146SQ201420575220
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月2日 優(yōu)先權日:2014年10月2日
【發(fā)明者】陸林廣, 徐磊, 陸偉剛, 王海, 李亞楠 申請人:揚州大學