CN104480918B - 一种水力性能优异的虹吸式出水流道及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水力性能优异的虹吸式出水流道及其应用方法，属于水利工程泵站技术领域。虹吸式出水流道由进口段、直线段、驼峰段和下降段组成；提供流道立面图（含断面线）、平面展开图（含断面线）和断面数据表；采取流道布置尺寸和断面尺寸采用不同换算系数进行换算的思路，对本发明提供的虹吸式出水流道布置尺寸和断面尺寸分别进行适当换算，可得到适用于具有不同流量、扬程和出水池水位变幅的大型泵站虹吸式出水流道。换算后的流道水流转向有序、扩散均匀、水头损失小、水力性能优异、适用面宽、应用方便。本发明可保证虹吸式出水流道的设计质量，对于确保大中型泵站的安全、稳定和高效运行具有重要意义。

Description

一种水力性能优异的虹吸式出水流道及其应用方法

技术领域

本发明属于水利工程泵站技术领域，具体涉及一种水力性能优异的虹吸式出水流道及其应用方法，主要用于指导工程技术人员设计水力性能优异的虹吸式出水流道，保证每座大中型立式泵站虹吸式出水流道设计的质量。

背景技术

大中型立式低扬程泵站在我国的应用十分广泛，虹吸式出水流道是立式低扬程泵站最常用的出水流道，其作用是引导水流在从水泵导叶体出口流向出水池的过程中有序转向和扩散，以尽可能多地减少出水流道水头损失和回收水流动能。设计水力性能优异的虹吸式出水流道是保证低扬程泵站安全、稳定和高效运行的必要条件。虹吸式出水流道三维形体复杂，传统的水力设计方法采用基于一维理论的“平均流速法”，与流道内实际的三维湍流流动差别很大，所设计的虹吸式出水流道不能引导水流有序转向和扩散，并可能引发旋涡，导致流道内的水流运动不稳定和产生较大水头损失，严重影响到泵站的安全、稳定和高效运行。

发明内容

本发明的目的就是针对上述传统方法的缺陷，提供了一种通过优化水力设计研究得到的水力性能优异的虹吸式出水流道及其应用方法，用以确保实现泵站安全、稳定和高效运行的目标。所提供的虹吸式出水流道由进口段、直线段、驼峰段和下降段组成；提供流道立面图(含断面线)、平面展开图(含断面线)和断面数据表，所有尺寸均以m计；采用本发明提供的应用方法对应用本发明的虹吸式出水流道布置尺寸和流道断面尺寸进行适当换算，可得到适用于具有不同流量、扬程和出水池水位变幅的泵站的虹吸式出水流道；换算后的流道水流转向有序、扩散均匀、流道水头损失小、水力性能优异。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

1.提供一种水力性能优异的虹吸式出水流道，该流道由基于CFD的优化水力设计研究方法得到，经测试证明其水力性能优异，并已在大中型泵站得到成功应用；

2.提供的虹吸式出水流道由进口段、直线段、驼峰段和下降段组成，提供流道立面图、平面展开图和断面数据表；

3.采取流道布置尺寸和流道断面尺寸分别采用不同换算系数进行换算的思路，根据所提供的虹吸式出水流道的参数和应用本发明的虹吸式出水流道的出水池最高水位和最低水位、泵站布置所要求的虹吸式出水流道进口段进口断面的高程及单泵设计流量所要求的该断面的直径，分别计算断面尺寸换算系数、水位差换算系数和高程差换算系数；

4.对虹吸式出水流道的布置尺寸进行适当的换算，以满足不同泵站虹吸式出水流道对驼峰段出口断面中心与进口段进口断面中心之间高程差的要求、对出水池最高水位与最低水位之间水位差的要求；

5.对虹吸式出水流道的断面尺寸进行适当的换算，以满足不同泵站单泵设计流量对虹吸式出水流道断面尺寸的要求。

本发明的目的是这样实现的：

1.所提供的水力性能优异的虹吸式出水流道；

(1)根据多年来对虹吸式出水流道优化水力设计研究的成果，选择经过充分优化水力设计和严格性能测试、并得到成功应用的虹吸式出水流道；

(2)所述虹吸式出水流道设计流量时的流道水头损失Δh≤0.35m。

2.所提供的虹吸式出水流道几何形体的表达方式；

(1)所述虹吸式出水流道由进口段、直线段、驼峰段和下降段组成；

(2)虹吸式出水流道内的流态复杂，其形体设计的优劣对流道水力性能影响很大；为保证流道水力设计的质量，所述进口段、驼峰段和下降段的三维形体采用立面图(含断面线)、平面展开图(含断面线)和断面数据表表示；断面数据表中的数据包括：纵剖面各断面的上边线坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H、宽度B和断面形状由圆变方的过渡圆半径R；

(3)所述进口段位于出水流道的最前端，其进口断面与泵装置中水泵导叶体的出口断面连接，其作用是引导水流向斜上方进行有序转向和扩散；主要几何参数包括该段的转向角、进口断面的高程及直径、出口断面的高度及宽度；

(4)所述直线段与进口段出口断面连接，其作用是引导水流持续平顺地向斜上方流动并在此过程中均匀扩散；主要几何参数包括该段的上升角、出口断面的高度及宽度；

(5)所述驼峰段与直线段出口断面连接，其作用是引导水流向水平方向有序转向和扩散；主要几何参数包括该段的转向角度、出口断面的高度及宽度；

(6)所述下降段与驼峰段出口断面连接，其作用是引导水流向斜下方有序转向和扩散；主要几何参数包括该段的下降角、出口断面的高度及宽度。

3.建立便于推广的虹吸式出水流道应用方法；

(1)计算断面尺寸换算系数、水位差换算系数和高程差换算系数：

①按应用本发明的虹吸式出水流道与所提供的虹吸式出水流道两者的进口段进口流速相等的原则，计算断面尺寸换算系数k₁：

$k_1=\frac{D_1}{D}$

式中，D为所提供的虹吸式出水流道进口段进口断面的直径，m；D₁为应用本发明的虹吸式出水流道进口段进口断面的直径，m；

②虹吸式出水流道的水力设计要求：驼峰段出口断面底高程较出水池最高水位高0.2m，下降段出口断面顶高程较出水池最低水位低应用本发明的虹吸式出水流道按上述要求，计算水位差换算系数k₂：

$k_2=\frac{({\▿}_{\max }-{\▿}_{\min })+0.5(H_{22}+H_{56})+0.7}{{\▿}_2-{\▿}_3}$

式中，和分别为应用本发明的虹吸式出水流道出水池的最高水位和最低水位，m；和分别为所提供的虹吸式出水流道驼峰段出口断面和下降段出口断面中心的高程，m；H₂₂和H₅₆分别为应用本发明的虹吸式出水流道驼峰段出口断面的高度和下降段出口断面的高度，m；

③按线性比例的关系，计算高程差换算系数k₃：

$k_3=\frac{{\▿}_{12}-{\▿}_{11}}{{\▿}_2-{\▿}_1}$

式中，为所提供的虹吸式出水流道进口段进口断面中心的高程，m；和分别为应用本发明的虹吸式出水流道进口段进口断面和驼峰段出口断面中心高程，m；

(2)以AUTOCAD软件为操作平台，对所提供的虹吸式出水流道的立面图进行换算，步骤如下：

①以驼峰段出口断面线的中点为基点，将下降段(包括该段的中心线和断面线)乘以系数k₂进行缩放；以缩放后的下降段各断面线与中心线的交点为基点，依次将该段各断面线逐个乘以系数进行再次缩放；依次连接再次缩放后的下降段各断面线的上端点，依次连接再次缩放后的下降段各断面线的下端点，形成拟应用的虹吸式出水流道下降段的立面曲线；

②以驼峰段出口断面线的中点为基点，将驼峰段(包括该段的中心线、上边线、下边线和断面线)乘以系数k₁进行缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道驼峰段的立面曲线；

③以第②步缩放后的驼峰段出口断面线的中点为基点，将进口段(包括该段的中心线、上边线、下边线、断面线和过渡圆圆心轨迹线)乘以系数k₃进行缩放；以该缩放后的进口段进口断面线的中点为基点，将该段(包括该段的中心线、上边线、下边线、断面线和过渡圆圆心轨迹线)乘以进行再次缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道进口段的立面曲线；

④在完成①～③步骤的基础上，连接进口段出口断面线的上端点和驼峰段进口断面线的上端点，连接进口段出口断面线的下端点和驼峰段进口断面线的下端点，连接进口段断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的上端点和驼峰段进口断面线的上端点，连接进口段断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的下端点和驼峰段进口断面线的下端点，连接进口段出口断面线的中点和驼峰段进口断面线的中点，形成拟应用的虹吸式出水流道直线段的立面曲线；

(3)以AUTOCAD软件为操作平台，对所提供的虹吸式出水流道的平面展开图进行换算，步骤如下：

①以进口段进口断面线的中点为基点，将进口段(包括该段的中心线、宽度边线、断面线和过渡圆圆心轨迹线)乘以系数k₁进行缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道进口段的平面曲线；

②以第①步骤中所述拟应用的虹吸式出水流道进口段出口断面线的中点为始点，将该进口段的中心线向右侧作水平延伸，使延伸线的长度与第(2)项第④步骤中所述拟应用的虹吸式出水流道直线段的中心线长度相等；

③将驼峰段(包括该段的中心线、宽度边线和断面线)乘以系数k₁进行缩放，移动缩放后的驼峰段，使其进口断面线的中点接于第②步骤中所述延伸线的终点，形成拟应用的虹吸式出水流道驼峰段的平面曲线；

④在完成①～③步骤的基础上，连接进口段出口断面线的上端点和驼峰段进口断面线的上端点，连接进口段出口断面线的下端点和驼峰段进口断面线的下端点，连接进口段断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的端点和与其同侧的驼峰段进口断面线的端点，形成拟应用的虹吸式出水流道直线段的平面曲线；

⑤将下降段(包括该段的中心线和断面线)乘以系数k₂进行缩放；以缩放后的下降段各断面线与中心线的交点为基点，依次将该段各断面线逐个乘以进行再次缩放；依次连接所述再次缩放后各断面线的上端点，依次连接所述再次缩放后各断面线的下端点；移动该下降段，使其进口断面线的中点与第③步骤中所述拟应用的虹吸式出水流道驼峰段出口断面线的中点重合，形成拟应用的虹吸式出水流道下降段的平面曲线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

第一，本发明的虹吸式出水流道水力性能优异，使用方法简单，便于工程技术人员采用；可保证每座泵站虹吸式出水流道的设计质量，对于确保大中型泵站的安全、稳定和高效运行具有重要意义。

第二，本发明提供的虹吸式出水流道分为进口段、直线段、驼峰段和下降段4个部分；所述进口段用于引导水流向斜上方进行有序转向和扩散；所述直线段用于引导水流持续平顺地向斜上方流动并在此过程中均匀扩散；所述驼峰段用于引导水流向水平方向有序转向和扩散；所述下降段用于引导水流向斜下方有序转向和扩散；应用本发明得到的虹吸式出水流道水流转向有序、扩散平缓，流道内无脱流、旋涡，水力性能优异。

第三，引入断面尺寸换算系数k₁、水位差换算系数k₂和高程差换算系数k₃，对虹吸式出水流道的布置尺寸和流道断面尺寸分别进行适当的换算，可满足不同泵站对驼峰段出口断面中心与进口段进口断面中心之间的高程差的要求、对出水池最高水位与最低水位之间水位差的要求和对单泵设计流量的要求。

第四，本发明提供的虹吸式出水流道水力性能优异：①根据20多年来对虹吸式出水流道的研究成果，选择其中经过充分优化水力设计和严格性能测试、并得到成功应用的虹吸式出水流道；②所述虹吸式出水流道的主要水力性能指标为：设计流量的流道水头损失Δh≤0.35m。

附图说明

图1(a)是本发明提供的虹吸式出水流道立面单线图；

图1(b)是本发明提供的虹吸式出水流道平面展开单线图；

图1(c)是图1(a)和图1(b)中的A_i—A_i断面图；

图2(a)是本发明提供的虹吸式出水流道立面图(含断面线)；

图2(b)是本发明提供的虹吸式出水流道平面展开图(含断面线)；

图3(a)是根据本发明的应用方法得到的虹吸式出水流道立面图(含断面线)；

图3(b)是根据本发明的应用方法得到的虹吸式出水流道平面展开图(含断面线)。

图1(a)、图1(b)、图1(c)、图2(a)、图2(b)中：1进口段，2直线段，3驼峰段，4下降段，5纵剖面上边线，6纵剖面下边线，7宽度边线，(X₁，Y₁)断面上边线坐标，(X₂，Y₂)断面下边线坐标，(X₀，Y₀)断面中心线坐标，H断面高度，B断面宽度，R断面形状由圆变方的过渡圆半径，进口段进口断面中心高程，驼峰段出口断面中心高程，下降段出口断面中心高程，E0进口段进口断面线的中点，E9驼峰段出口断面线的中点；

图3(a)、图3(b)中：11进口段，12直线段，13驼峰段，14下降段，15进口段出口断面线，16驼峰段进口断面线，进口段进口断面高程，驼峰段出口断面中心高程，出水池最高水位，出水池最低水位，H₂₂驼峰段出口断面的高度，H₅₆下降段出口断面的高度，E10进口段进口断面线的中点，E11进口段出口断面线的上端点，E12进口段过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的上端点，E13进口段出口断面线的中点，E14进口段过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的下端点，E15进口段出口断面线的下端点，E16驼峰段进口断面线的上端点，E17驼峰段进口断面线的中点，E18驼峰段进口断面线的下端点，E19驼峰段出口断面线的中点，F11平面展开图中进口段出口断面线的端点，F12平面展开图中进口段过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的端点，F13平面展开图中进口段出口断面线的中点，F14平面展开图中驼峰段进口断面线的端点，F15平面展开图中驼峰段进口断面线的中点，F16平面展开图中驼峰段出口断面线的中点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明的目的：(1)提供一种水力性能优异的虹吸式出水流道，该流道由基于CFD的优化水力设计研究方法得到，经过严格测试，证明其水力性能优异，并已在大中型泵站得到成功应用；(2)提供的虹吸式出水流道由进口段1、直线段2、驼峰段3和下降段4组成，提供流道立面图、平面展开图和断面数据表；(3)按流道断面尺寸和流道布置尺寸分别采用不同换算系数进行换算的思路，根据本发明所提供的虹吸式出水流道的有关参数和应用本发明的虹吸式出水流道给定的进口段11进口断面的中心高程及直径D₁、出水池最高水位及最低水位分别计算断面尺寸换算系数k₁、水位差换算系数k₂和高程差换算系数k₃，用于对虹吸式出水流道的布置尺寸和流道断面尺寸进行适当的换算，以满足不同泵站对驼峰段13出口断面中心与进口段11进口断面中心之间高程差的要求、对出水池最高水位与最低水位之间水位差的要求和对单泵设计流量的要求。

1.本发明提供的水力性能优异的虹吸式出水流道：

(1)根据20多年来对虹吸式出水流道的研究成果，选择其中经过充分优化水力设计和严格性能测试、并得到成功应用的虹吸式出水流道；

(2)所提供的虹吸式出水流道的水力性能优异，主要指标为：设计流量的流道水头损失Δh≤0.35m；

(3)提供的水力性能优异的虹吸式出水流道由进口段1、直线段2、驼峰段3和下降段4组成，其具体参数如下：

虹吸式出水流道长度L为19.0m；所述进口段1位于出水流道的最前端，进口段1的转向角度为54.2°、中心线展开长度L₁为3.37m，进口段1进口断面中心高程为0m、直径D为3m，进口段1出口断面(断面编号为)的高度为2.77m、宽度为4.06m、流道断面形状由圆变方的过渡圆半径为0.91m，进口段1各断面的纵剖面上边线5的坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线6的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H、宽度B和过渡圆半径R列于表1，进口段1各断面的位置示于图2a、图2b；所述直线段2与进口段1出口断面(断面编号为)连接，该段的上升角α为35.7°、中心线展开长度L₂为6.66m，直线段2出口断面(断面编号为)的高度为2.19m、宽度为5.76m；所述驼峰段3与直线段2出口断面(断面编号为)连接，该段的转向角度为35.8°、中心线展开长度L₃为2.00m，驼峰段3出口断面(断面编号为)的高度为2.16m、宽度为6.18m、断面中心的高程为7.28m，该段各断面的纵剖面上边线5的坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线6的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H、宽度B列于表2，该段各断面的位置示于图2a、图2b；所述下降段4与驼峰段3出口断面(断面编号为)连接，该段的下降角β为36.9°、中心线展开长度L₄为11.64m，该段出口断面(断面编号为)的高度为3.32m、宽度为6.91m、断面中心的高程为1.89m，该段各断面的纵剖面上边线5的坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线6的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H、宽度B列于表3，该段各断面的位置示于图2a、图2b。

表1进口段断面数据表

表2驼峰段断面数据表

2.本发明提供的应用方法如下：

(1)提供的水力性能优异的虹吸式出水流道由进口段1、直线段2、驼峰段3和下降段4组成，其具体参数如下：虹吸式出水流道长度L为19.0m；所述进口段1位于出水流道的最前端，进口段1的转向角度为54.2°、中心线展开长度L₁为3.37m，进口段1进口断面中心高程为0m、直径D为3m，进口段1出口断面的高度为2.77m、宽度为4.06m、流道断面形状由圆变方的过渡圆半径为0.91m，进口段1各断面的纵剖面上边线5的坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线6的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H、宽度B和过渡圆半径R列于表1，进口段1各断面的位置示于图2a、图2b；所述直线段2与进口段1出口断面连接，该段的上升角α为35.7°、中心线展开长度L₂为6.66m，直线段2出口断面的高度为2.19m、宽度为5.76m；所述驼峰段3与直线段2出口断面连接，该段的转向角度为35.8°、中心线展开长度L₃为2.00m，驼峰段3出口断面的高度为2.16m、宽度为6.18m、断面中心的高程为7.28m，该段各断面的纵剖面上边线5的坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线6的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H、宽度B列于表2，该段各断面的位置示于图2a、图2b；所述下降段4与驼峰段3出口断面连接，该段的下降角β为36.9°、中心线展开长度L₄为11.64m，该段出口断面的高度为3.32m、宽度为6.91m、断面中心的高程为1.89m，该段各断面的纵剖面上边线5的坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线6的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H、宽度B列于表3，该段各断面的位置示于图2a、图2b。

(2)计算断面尺寸换算系数、水位差换算系数和高程差换算系数：

①按应用本发明的虹吸式出水流道与所提供的虹吸式出水流道两者的进口段进口流速相等的原则，计算断面尺寸换算系数k₁：

$k_1=\frac{D_1}{D}$

式中，D为所提供的虹吸式出水流道进口段1进口断面的直径，D＝3m；D₁为应用本发明的虹吸式出水流道进口段11进口断面的直径，m；

②虹吸式出水流道的水力设计要求：驼峰段13出口断面底高程较出水池最高水位高0.2m，下降段14出口断面顶高程较出水池最低水位低0.5m。应用本发明的虹吸式出水流道按上述要求计算水位差换算系数k₂：

$k_2=\frac{({\▿}_{\max }-{\▿}_{\min })+0.5(H_{22}+H_{56})+0.7}{{\▿}_2-{\▿}_3}$

式中，和分别为应用本发明的虹吸式出水流道出水池的最高水位和最低水位，m；和分别为所提供的虹吸式出水流道驼峰段3出口断面和下降段4出口断面中心的高程，m；H₂₂和H₅₆分别为应用本发明的虹吸式出水流道驼峰段13出口断面的高度和下降段14出口断面的高度，m；

③按线性比例的关系，计算高程差换算系数k₃：

$k_3=\frac{{\▿}_{12}-{\▿}_{11}}{{\▿}_2-{\▿}_1}$

式中，为所提供的虹吸式出水流道进口段1进口断面中心高程，m；和分别为应用本发明的虹吸式出水流道进口段11进口断面和驼峰段13出口断面的中心高程，m；

(3)以AUTOCAD软件为操作平台，对所提供的虹吸式出水流道的立面图进行换算，步骤如下：

①以驼峰段3出口断面线的中点E9为基点，将下降段4(包括该段的中心线和断面线)乘以系数k₂进行缩放；以缩放后的下降段4各断面线与中心线的交点为基点，依次将该段各断面线逐个乘以系数进行再次缩放；依次连接再次缩放后的下降段4各断面线的上端点，依次连接再次缩放后的下降段4各断面线的下端点，形成拟应用的虹吸式出水流道下降段14的立面曲线；

②以驼峰段3出口断面线的中点E9为基点，将驼峰段3(包括该段的中心线、上边线5、下边线6和断面线)乘以系数k₁进行缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道驼峰段13的立面曲线；

③以驼峰段13出口断面线的中点E19为基点，将进口段1(包括该段的中心线、上边线5、下边线6、断面线和过渡圆圆心轨迹线)乘以系数k₃进行缩放；以缩放后的进口段1进口断面线的中点E10为基点，将该进口段1(包括该段的中心线、上边线5、下边线6、断面线和过渡圆圆心轨迹线)乘以进行再次缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道进口段11的立面曲线；

④在完成①～③步骤的基础上，连接进口段出口断面线15的上端点E11和驼峰段进口断面线16的上端点E16，连接进口段出口断面线15的下端点E15和驼峰段进口断面线16的下端点E18，连接进口段11断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线15的上端点E12和驼峰段进口断面线16的上端点E16，连接进口段11断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线15的下端点E14和驼峰段进口断面线16的下端点E18，连接进口段出口断面线15的中点E13和驼峰段进口断面线16的中点E17，形成拟应用的虹吸式出水流道直线段12的立面曲线；

(4)以AUTOCAD软件为操作平台，对所提供的虹吸式出水流道的平面展开图进行换算，步骤如下：

①以进口段1进口断面线的中点E0为基点，将进口段1(包括该段的中心线、宽度边线7、断面线和过渡圆圆心轨迹线)乘以系数k₁进行缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道进口段11的平面曲线；

②以第①步骤中所述缩放后的进口段11出口断面线15的中点F13为始点，将进口段11的中心线向右侧作水平延伸，使延伸线的长度与立面图中直线段12的中心线长度相等；

③将驼峰段3(包括该段的中心线、宽度边线7和断面线)乘以系数k₁进行缩放，移动该段并使其进口断面线16的中点F15与第②步骤中所述延伸线的终点重合，形成拟应用的虹吸式出水流道驼峰段13的平面曲线；

④在完成①～③步骤的基础上，连接进口段出口断面线15的上端点F11和驼峰段进口断面线16的上端点F14，连接进口段出口断面线15的下端点F11和驼峰段进口断面线16的下端点F14，连接进口段11断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线15的端点F12和与其同侧的驼峰段进口断面线16的端点F14，形成拟应用的虹吸式出水流道直线段12的平面曲线；

⑤将下降段4(包括该段的中心线和断面线)乘以系数k₂进行缩放；以缩放后的下降段4各断面线与中心线的交点为基点，依次将该段各断面线逐个乘以进行再次缩放；依次连接所述再次缩放后各断面线的上端点，依次连接所述再次缩放后各断面线的下端点，移动该段并使其进口断面线的中点与驼峰段13出口断面线的中点F16重合，形成拟应用的虹吸式出水流道下降段14的平面曲线。

Claims (10)

1.一种水力性能优异的虹吸式出水流道，其特征是，所述虹吸式出水流道由进口段、直线段、驼峰段和下降段组成；

所述进口段位于出水流道的最前端，进口段用于引导水流持续平顺地向斜上方流动并在此过程中均匀扩散，进口段的转向角度为54.2°、中心线展开长度L₁为3.37m、进口断面中心高程为0m、进口断面直径D为3m、出口断面高度为2.77m、宽度为4.06m；

所述直线段与进口段出口断面连接，直线段用于引导水流持续平顺地向斜上方流动并在此过程中均匀扩散，直线段的上升角α为35.7°、中心线展开长度L₂为6.66m、出口断面高度为2.19m、出口断面宽度为5.76m；

所述驼峰段与直线段出口断面连接，驼峰段用于引导水流有序转向和扩散，驼峰段的转向角度为35.8°、中心线展开长度L₃为2.00m，出口断面高度为2.16m、出口断面宽度为6.18m、断面中心的高程为7.28m；

所述下降段与驼峰段出口断面连接，下降段用于引导水流向斜下方有序转向和扩散，下降段的下降角β为36.9°、中心线展开长度L₄为11.64m，出口断面高度为3.32m、出口断面宽度为6.91m、断面中心的高程为1.89m。

2.根据权利要求1所述的水力性能优异的虹吸式出水流道，其特征是，所述进口段的三维形体采用数据表示，数据包括进口段纵剖面各断面的上边线坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H、宽度B和断面形状由圆变方的过渡圆半径R。

3.根据权利要求1所述的水力性能优异的虹吸式出进水流道，其特征是，所述驼峰段的三维形体采用数据表示，数据包括驼峰段纵剖面各断面的上边线坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H和宽度B。

4.根据权利要求1所述的水力性能优异的虹吸式出进水流道，其特征是，所述下降段的三维形体采用数据表示，数据包括下降段纵剖面各断面的上边线坐标(X₁，Y₁)、纵剖面下边线的坐标(X₂，Y₂)、中心线坐标(X₀，Y₀)、高度H和宽度B。

5.一种水力性能优异的虹吸式出水流道的应用方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)所提供的水力性能优异的虹吸式出水流道由进口段、直线段、驼峰段和下降段组成；

所述进口段位于出水流道的最前端，进口段用于引导水流持续平顺地向斜上方流动并在此过程中均匀扩散，进口段的转向角度为54.2°、中心线展开长度L₁为3.37m、进口断面中心高程为0m、进口断面直径D为3m、出口断面高度为2.77m、宽度为4.06m；

所述直线段与进口段出口断面连接，直线段用于引导水流持续平顺地向斜上方流动并在此过程中均匀扩散，直线段的上升角α为35.7°、中心线展开长度L₂为6.66m、出口断面高度为2.19m、出口断面宽度为5.76m；

所述驼峰段与直线段出口断面连接，驼峰段用于引导水流有序转向和扩散，驼峰段的转向角度为35.8°、中心线展开长度L₃为2.00m，出口断面高度为2.16m、出口断面宽度为6.18m、断面中心的高程为7.28m；

所述下降段与驼峰段出口断面连接，下降段用于引导水流向斜下方有序转向和扩散，下降段的下降角β为36.9°、中心线展开长度L₄为11.64m，出口断面高度为3.32m、出口断面宽度为6.91m、断面中心的高程为1.89m；

(2)利用步骤(1)提供的虹吸式出水流道进口段、直线段、驼峰段和下降段的几何参数，根据应用本发明的虹吸式出水流道的出水池最高水位及最低水位泵站布置所要求的虹吸式出水流道进口段进口断面的高程和单泵设计流量所要求的该断面的直径D1，分别计算断面尺寸换算系数k₁、水位差换算系数k₂和高程差换算系数k₃；

(3)利用步骤(2)计算得到的断面尺寸换算系数k₁、水位差换算系数k₂和高程差换算系数k₃，对所提供的虹吸式出水流道的立面图进行换算，得到应用本发明的虹吸式出水流道立面图；

(4)在第(3)步骤完成的基础上，利用步骤(2)计算得到的断面尺寸换算系数k₁、水位差换算系数k₂和高程差换算系数k₃，对所提供的虹吸式出水流道的平面展开图进行换算，得到应用本发明的虹吸式出水流道平面展开图。

6.根据权利要求5所述的水力性能优异的虹吸式出水流道的应用方法，其特征是，步骤(2)中所述断面尺寸换算系数k₁按应用本发明的虹吸式出水流道与所提供的虹吸式出水流道两者的进口段进口流速相等的原则进行计算：

$k_1=\frac{D_1}{D}$

式中，D为所提供的虹吸式出水流道进口段进口断面的直径，m；D₁为应用本发明的虹吸式出水流道进口段进口断面的直径，m。

7.根据权利要求5所述的水力性能优异的虹吸式出水流道的应用方法，其特征是，步骤(2)中所述水位差换算系数k₂根据驼峰段出口断面底高程较出水池最高水位高0.2m、下降段出口断面顶高程较出水池最低水位低0.5m的要求进行计算：

$k_2=\frac{({\▿}_{max}-{\▿}_{\min })+0.5(H_{22}+H_{56})+0.7}{{\▿}_2-{\▿}_3}$

式中，和分别为应用本发明的虹吸式出水流道出水池的最高水位和最低水位，m；和分别为所提供的虹吸式出水流道驼峰段出口断面和下降段出口断面中心的高程，m；H₂₂和H₅₆分别为应用本发明的虹吸式出水流道驼峰段出口断面的高度和下降段出口断面的高度，m。

8.根据权利要求5所述的水力性能优异的虹吸式出水流道的应用方法，其特征是，步骤(2)中所述高程差换算系数k₃按线性比例的关系进行计算：

$k_3=\frac{{\▿}_{12}-{\▿}_{11}}{{\▿}_2-{\▿}_1}$

式中，为所提供的虹吸式出水流道进口段进口断面中心的高程，m；和分别为应用本发明的虹吸式出水流道进口段进口断面和驼峰段出口断面中心高程，m。

9.根据权利要求5所述的水力性能优异的虹吸式出水流道的应用方法，其特征是，以AUTOCAD软件为操作平台，步骤(3)中对所述提供的虹吸式出水流道立面图进行换算的步骤如下：

(1)以驼峰段出口断面线的中点为基点，将下降段的中心线和断面线分别乘以系数k₂进行缩放；以缩放后的下降段各断面线与中心线的交点为基点，依次将该段各断面线逐个乘以系数进行再次缩放；依次连接再次缩放后的下降段各断面线的上端点，依次连接再次缩放后的下降段各断面线的下端点，形成拟应用的虹吸式出水流道下降段的立面曲线；

(2)在第(1)步骤完成的基础上，以驼峰段出口断面线的中点为基点，将驼峰段的中心线、上边线、下边线和断面线分别乘以系数k₁进行缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道驼峰段的立面曲线；

(3)以第(2)步缩放后的驼峰段出口断面线的中点为基点，将进口段中心线、上边线、下边线、断面线和过渡圆圆心轨迹线分别乘以系数k₃进行缩放；以该缩放后的进口段进口断面线的中点为基点，将进口段的中心线、上边线、下边线、断面线和过渡圆圆心轨迹线分别乘以进行再次缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道进口段的立面曲线；

(4)在完成第(3)步骤操作的基础上，连接进口段出口断面线的上端点和驼峰段进口断面线的上端点，连接进口段出口断面线的下端点和驼峰段进口断面线的下端点，连接进口段断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的上端点和驼峰段进口断面线的上端点，连接进口段断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的下端点和驼峰段进口断面线的下端点，连接进口段出口断面线的中点和驼峰段进口断面线的中点，形成拟应用的虹吸式出水流道直线段的立面曲线。

10.根据权利要求5所述的水力性能优异的虹吸式出水流道的应用方法，其特征是，以AUTOCAD软件为操作平台，步骤(4)中对所述提供的虹吸式出水流道平面展开图进行换算的步骤如下：

(1)以进口段进口断面线的中点为基点，将进口段的中心线、宽度边线、断面线和过渡圆圆心轨迹线分别乘以系数k₁进行缩放，形成拟应用的虹吸式出水流道进口段的平面曲线；

(2)以第(1)步骤中所述拟应用的虹吸式出水流道进口段出口断面线的中点为始点，将该进口段的中心线向右侧作水平延伸，使延伸线的长度与所述拟应用的虹吸式出水流道直线段立面图中的中心线长度相等；

(3)将驼峰段的中心线、宽度边线和断面线分别乘以系数k₁进行缩放，移动缩放后的驼峰段，使其进口断面线的中点接于第(2)步骤中所述延伸线的终点，形成拟应用的虹吸式出水流道驼峰段的平面曲线；

(4)在完成第(3)步骤的基础上，连接进口段出口断面线的上端点和驼峰段进口断面线的上端点，连接进口段出口断面线的下端点和驼峰段进口断面线的下端点，连接进口段断面形状由圆变方的过渡圆圆心轨迹线在该段出口断面线的端点和与其同侧的驼峰段进口断面线的端点，形成拟应用的虹吸式出水流道直线段的平面曲线；

(5)在完成第(4)步骤的基础上，将下降段的中心线和断面线分别乘以系数k₂进行缩放；以缩放后的下降段各断面线与中心线的交点为基点，依次将该段各断面线逐个乘以进行再次缩放；依次连接所述再次缩放后各断面线的上端点，依次连接所述再次缩放后各断面线的下端点；移动该下降段，使其进口断面线的中点与第(3)步骤中所述拟应用的虹吸式出水流道驼峰段出口断面线的中点重合，形成拟应用的虹吸式出水流道下降段的平面曲线。