CN102182706B - S型下卧式轴伸贯流泵装置 - Google Patents

Abstract

S型下卧式轴伸贯流泵装置，属于水利工程技术领域。包括依次连接的进水段、轴流泵或混流泵段、弯管、出水段和动力装置，进水段为断面逐渐收缩的平直收缩进水流道，进水段断面形状从进口矩形经椭圆过渡段逐渐变为出口圆形。弯管的过流断面形状从圆形进口逐渐过渡为椭圆形出口，其过流断面从圆形进口至椭圆形出口逐渐扩大。出水段为断面逐渐扩大的平直扩散出水流道，出水段的断面形状由椭圆形进口经椭圆过渡段逐渐变为矩形出口。动力装置卧式设置在出水流道的下方，动力装置与进、出水流道在同一立面。本发明与同类贯流式水泵装置比较，占地面积小，减少工程投资10-40%，效率提高2-5%。适用于各种轴流泵或导叶混流泵站，安装维护安全方便，运行费用少。

Description

S型下卧式轴伸贯流泵装置

技术领域

本发明涉及一种水利工程设施，尤其是贯流泵装置的结构，属于水利工程技术领域。

背景技术

在国家南水北调工程和沿江滨湖的平原地区已建和在建的大量低扬程泵站。贯流泵是适合3m左右扬程泵站的最佳泵型。贯流泵有灯泡式、竖井式和轴伸式几种不同形式。

灯泡式贯流泵具有水力损失小，运行效率高的优点，但是，其缺点是电动机及传动结构均在灯泡体内，结构复杂，安装检修很不方便。由于灯泡体内有机组的支撑部件和电缆管、进人管道的存在，对灯泡周围的水流流动影响较大，造成了附加的水力损失，在相当程度上抵消了其一定的优势，因此，灯泡式贯流泵的整体装置效率最高为（79%-81%）。

竖井式贯流泵则是将灯泡体的进人管道放大至整个动力机和传动机构，形成一个直立的柱体形如井故称为竖井。竖井式贯流泵的进水或者出水流道被竖井分隔为两股，水流在流入（或者流出）水泵时都必须经过较大的转弯，因而增加水力损失。竖井式贯流泵装置的最高效率为（77%-79%）。

轴伸式贯流泵是将动力机和传动设备布置在流道的外部的卧式泵，泵轴伸至流道外面，所以称为轴伸式贯流泵。叶轮性能、进出水流道的水力损失和叶轮出口环量的回收决定其效率的高低，在相同叶轮情况下，其出水流道的水力损失与出口环量的回收是影响泵整体性能的主要因素。对于轴伸泵而言，由于在泵出口后有一弯管段，其产生的水力损失占整个出水损失的大部分，无论是出水流道的水力损失还是出口环量的回收都与出口弯管段直接相关。多年来，在改泵装置进出水损失方面也开展了一定的研究工作，泵装置的效率得到提高。轴伸泵装置的最高效率与竖井式贯流泵装置相当。现有的轴伸泵装置仍然局限于传统的设计方法，并未取得突破性进展。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的不足，提供一种高效率的S 型下卧式轴伸贯流泵装置。

本发明基于流体动力学最小阻力原理对出水弯管段进行优化设计，以达到：

(1)使出水弯管段的水力损失最小；

(2)使出口环量得到最大程度的回收。

  流体最小阻力原理和应用

  流体最小阻力原理指流体在一定的流通量的情况下总是沿着阻力最小的路径流动或以阻力最小的方式流动。实际上，这是自然界普遍遵循的法则。

  水流在弯道中流动受离心惯性力的作用而趋向于弯道的外侧，同时有脱离弯道内侧的趋向。因此，弯道中的水力损失一是水流与管壁之间的摩擦损失，二是水流脱离边壁造成的漩涡损失。

  hf =ζf

  hj =ζj(v2/2g)

式中：

hf --- 摩擦损失（沿程损失）；

hj --- 局部损失；

ζf ---摩擦损失系数；

ζj ---局部损失系数；

v --- 管道内水流流速。

为了减小弯道的水力损失必须从两方面着手：减小水流与边壁的摩擦及水流的脱壁漩涡。在直管段水流应逐步扩散，还必须有一个符合最小能耗率要求的合理能坡（水力坡降），即

v·s = min,或者

ρgQJ = min

式中：

Q --- 流量；

J --- 水力坡降；

s --- 管道内能坡（水力坡降）。

如此，可使水流的出口环量和动能得以最大限度的回收。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，S 型下卧式轴伸贯流泵装置，包括依次连接的进水段、轴流泵或导叶混流泵段、弯管、出水段和动力装置，其特征是所述进水段为断面逐渐收缩的平直收缩进水流道，进水段断面形状从进口矩形经过渡段逐渐变为出口圆形；所述弯管的过流断面形状从圆形进口逐渐过渡为椭圆形出口，其过流断面从圆形进口至椭圆形出口逐渐扩大；所述出水段为断面逐渐扩大的平直扩散出水流道，出水段的断面形状由椭圆形进口经过渡段逐渐变为矩形出口；所述动力装置卧式设置在出水流道的下方，动力装置与进、出水流道在同一立面；所述的过渡段断面的形状为椭圆或椭圆角和矩形组合断面（即角部为部分椭圆过渡的组合形断面）。

所述的弯管的管心线呈S形。

所述的过渡段椭圆心连线呈喇叭形。

所述的进水段的过渡段两侧壁的曲率大于上下壁的曲率。

所述的出水段的过渡段两侧壁的曲率小于上下壁的曲率。

本S 型下卧式轴伸贯流泵装置有以下特点：

渐变断面采用椭圆型组合曲线，过水（过流）断面湿周最小，水力半径最大，弯管设计符合能耗率最小的要求，避免水流脱壁，消除漩涡。

平直收缩进水段断面逐渐收缩，断面形状从装置进口的矩形逐渐变为至泵叶轮进口的圆形，装置进口至泵叶轮进口之间的过渡断面的形状为椭圆形（矩形加椭圆角）。

轴流泵或导叶混流泵段包括叶轮、导叶（泵叶轮进口至导叶出口），适用于各种轴流泵或导叶混流泵。

弯管段断面逐渐扩大，断面形状从导叶出口的圆形逐渐变为椭圆形直至弯管出口，导叶出口至弯管出口之间的断面形状均为椭圆形。

平直扩散出水段断面逐渐扩大，断面形状从弯管出口的椭圆形逐渐变为装置出口的矩形，弯管出口至装置出口之间的断面形状均为矩形加椭圆角。

电动机和传动设备下卧式布置，进出水流道在同一立面，装置宽度小。

本发明整体水力损失小，进出水流道的管路效率超过93%，泵装置最高效率超过83%，国内外领先。

采用本发明占地面积小，节约宝贵的土地资源，可以减少泵房工程投资（10-40）%，泵装置效率提高（2-5）%。

本发明适用于沿江滨湖、平原河网和城市水务的各种轴流泵或导叶混流泵站，装置整体性能超过同类贯流式水泵包括灯泡贯流泵，且造价显著降低，安装维护方便，运行费用少，更加高效和安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的平面结构示意图；

图3为本发明试验的扬程与流量曲线图；

图4为本发明试验的效率与流量曲线图；

图5为本发明试验的功率与流量曲线图。

图中：1进水段、2轴流泵或导叶混流泵段、3弯管、4出水段、5动力装置、6叶轮、7导叶、8椭圆心连线。

具体实施方式

S 型下卧式轴伸贯流泵装置，由进水段1、轴流泵或导叶混流泵段2、弯管3、出水段4、动力装置5等组成，进水段1的出口与轴流泵或导叶混流泵段2的泵叶轮6进口连接，轴流泵或导叶混流泵段2的导叶7的出口与弯管3的进口连接，弯管3的出口连接出水段4的进口，动力装置5下卧式布置，设置在出水流道的下方，动力装置与进出水流道同一立面，装置宽度小。

进水段1为断面逐渐收缩的平直收缩进水流道，进水段断面形状从装置进口（进水段进口）的矩形经过渡段逐渐变为出口段的圆形（轴流泵或导叶混流泵段圆形进口）。弯管的过流断面形状从圆形进口逐渐过渡为椭圆形出口，其过流断面积从圆形进口至椭圆形出口逐渐扩大，弯管的管心线呈S形。出水段为断面逐渐扩大的平直扩散出水流道，出水段的断面形状从与弯管出口的椭圆形经过渡段逐渐变为装置出口（出水段出口）的矩形。进水段和出水段的过渡段椭圆心连线8呈喇叭形。进水段的过渡段两侧壁的曲率大于上下壁的曲率。出水段的过渡段两侧壁的曲率小于上下壁的曲率。动力装置卧式设置在出水流道的下方，动力装置与进、出水流道在同一立面。过渡段断面的形状为椭圆或椭圆角和矩形组合断面（即角部为部分椭圆过渡的组合形断面）。

本发明适用于低扬程轴流泵或导叶混流泵站工程泵装置的设计，应按照设计要求施工。

1.进水段1、弯管3和出水段4由施工单位负责在工程现场放样施工。施工时需要按照图纸要求设立模板，首先按照高精度要求做好若干断面模板，单边尺寸相对误差应小于±0.3%，断面之间的对应点可以用直线连接，要求必须平滑过渡，必要时可以增加断面数量，以保证曲面的准确度，新增断面应根据断面面积逐渐变化确定。立摸后在现场浇注成型。

2．弯管3在工厂内用金属制作，保证曲面的制作精度。弯管随轴流泵或导叶混流泵段2的叶轮、导叶整体吊装。

3．进水段、弯管和出水段也可以用金属制造。

Claims (1)

1.S型下卧式轴伸贯流泵装置，包括依次连接的进水段、轴流泵或导叶混流泵段、弯管、出水段和动力装置，所述进水段为断面逐渐收缩的平直收缩进水流道，进水段断面形状从进口矩形经过渡段逐渐变为出口圆形；其特征是所述弯管的过流断面形状从圆形进口逐渐过渡为椭圆形出口，其过流断面从圆形进口至椭圆形出口逐渐扩大，弯管的管心线呈S形；所述出水段为断面逐渐扩大的平直扩散出水流道，出水段的断面形状由椭圆形进口经过渡段逐渐变为矩形出口；所述的过渡段断面的形状为椭圆或椭圆角和矩形组合断面；所述的出水段的过渡段两侧壁的曲率小于上下壁的曲率，所述的过渡段椭圆心连线呈喇叭形；所述的进水段的过渡段两侧壁的曲率大于上下壁的曲率；所述动力装置卧式设置在出水流道的下方，动力装置与进、出水流道在同一立面。

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