CN105275885B - 一种钟形进水流道的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钟形进水流道的设计方法，提供钟形进水流道的主要几何参数，包括进水流道的吸入室后壁距X_T、喇叭管直径D_L、导流锥顶圆直径d、吸入室高度H₂、喇叭管高度H_L、流道高度H_W、钟形转向段钟形曲线半径r₁、钟形转向段平面蜗壳曲线半径r₂、钟形转向段导水圆台曲线半径r₃等。采用本发明设计的钟形进水流道不仅提高了泵站的水力效率和泵站运行的稳定性。而且有助于计算机编程，能很大程度上取代钟形进水流道原来经验设计法。

Description

一种钟形进水流道的设计方法

技术领域

本发明涉及泵站系统技术领域，特别是涉及一种钟形进水流道的设计方法。

背景技术

钟形进水流道是常用的进水流道形式之一。因钟形进水流道水泵吸水室多采用平面蜗壳，故习惯又将之称为平面蜗壳进水流道。钟形进水流道由进口段、吸水室、导水锥及喇叭管等几部分组成。水流由前池进入流道进口段后，由吸水室将水流引向喇叭管与导水锥之间的环形通道进入水泵叶轮室。

现有技术的钟形进水流道设计方法没有给出系统的设计方法，很大程度上仍主要依赖于经验公式，可操作性不强，在实际设计中仍然过分依赖工程技术人员的经验。很难满足泵稳定性能好的要求，而且很难做到计算机编程应用和计算机辅助设计。如今泵站系统是水利工程的一个重要领域，仅仅依靠经验设计得出的钟形进水流道形状有时不能满足现在泵站系统稳定性的要求，需要对钟形进水流道设计方法做进一步完善。

专利号为201410583895.6号的中国发明专利中公开了一种水力性能优异的钟形进水流道及其应用方法，这种设计方法提供的钟形进水流道水力性能优异、使用方法简便，可保证每座泵站钟形进水流道的设计质量，对于确保泵站的安全、稳定和高效运行具有重要意义。但是其主要参数还是依赖工程技术人员的经验，没有给出系统的、精确的设计方法，而且很难做到计算机编程应用和计算机辅助设计。

针对上述存在的缺陷，本发明人发明了一种钟形进水流道的设计方法，不仅给出了钟形进水流道主要参数系统的、精确的设计方法，还解决了泵站运行失稳的问题，增强了泵站运行的可靠性，提高泵站总体水力效率，最重要的是有助于计算机编程应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代钟形进水流道原来的经验设计方法。

发明目的

本发明人提供了一种钟形进水流道的设计方法，增强了泵站运行的可靠性，提高泵站总体水力效率，最重要的是有助于计算机编程应用和计算机辅助设计，能很大程度上取代钟形进水流道原来的经验设计方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种钟形进水流道的设计方法。通过改善钟形进水流道的几个重要参数的设计方法，改善流动情况，提高泵站运行的稳定性。

实现上述目的所采用的技术方案是：

(1)流道高度H_W

式中：

H_W—流道高度，米

Q—设计工况流量，米³/小时；

D₀—叶轮进口直径，米；

(2)吸入室高度H₂

H₂＝0.7143·H_W ^0.9789 (2)

式中：

H₂—吸入室高度，米；

H_W—流道高度，米；

(3)流道高度H_L

H_L＝0.4285H_W ^0.9781 (3)

式中：

H_L—喇叭管高度，米；

H_W—流道高度，米；

(4)喇叭管直径D_L

D_L＝H₂+0.5H_L+0.071H_W (4)

式中：

D_L—喇叭管直径，米；

H₂—吸入室高度，米；

H_L—喇叭管高度，米；

H_W—流道高度，米；

(5)吸入室后壁距X_T

X_T＝H₂ ^0.979+0.5H_L ^0.9878+0.00081H_W ^0.0001015 (5)

式中：

X_T—吸入室后壁距，米；

H₂—吸入室高度，米；

H_L—喇叭管高度，米；

H_W—流道高度，米；

(6)导流锥顶圆直径d

式中：

d—导流锥顶圆直径，米；

P—叶轮轴功率，千瓦；

n—叶轮转速，转/分；

(7)钟形转向段钟形曲线半径r₁

式中：

D₀—叶轮进口直径，米；

r₁—钟形转向段钟形曲线半径，米；

θ₁—钟形转向段钟形曲线角度，度；

(8)钟形转向段平面蜗壳曲线半径r₂

式中：

D₀—叶轮进口直径，米；

r₂—钟形转向段平面蜗壳曲线半径，米；

θ₂—钟形转向段平面蜗壳曲线角度，度；

(9)钟形转向段导水圆台曲线半径r₃

r₃＝(1.193sin(0.01821θ₃+0.5551)+0.5675sin(0.03247θ₃+2.532))·D₀ (9)

式中：

D₀—叶轮进口直径，米；

r₃—钟形转向段导水圆台曲线半径，米；

θ₃—钟形转向段导水圆台曲线角度，度。

根据上述步骤，可以得到一种相对系统的、精确的钟形进水流道主要参数的设计方法。

通过上述计算方法确定进水流道的主要几何参数，包括进水流道的吸入室后壁距X_T、喇叭管直径D_L、导流锥顶圆直径d、吸入室高度H₂、喇叭管高度H_L、流道高度H_W、钟形转向段钟形曲线半径r₁、钟形转向段平面蜗壳曲线半径r₂、钟形转向段导水圆台曲线半径r₃，不同于经验设计法，保证泵站中钟形进水流道设计的精确性，使理论设计与实际模型更符合，而且更有利于计算机的应用与编程。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是钟形进水流道的主视图。

图2是钟形进水流道的俯视图。

具体实施方式

本发明通过以下几个公式来确定进水流道的吸入室后壁距X_T、喇叭管直径D_L、导流锥顶圆直径d、吸入室高度H₂、喇叭管高度H_L、流道高度H_W、钟形转向段钟形曲线半径r₁、钟形转向段平面蜗壳曲线半径r₂、钟形转向段导水圆台曲线半径r₃等几个参数。

此实施例是在给定叶轮进口直径D₀、设计工况流量Q、转速n，计算钟形进水流道的主要参数：

H₂＝0.7143·H_W ^0.9789 (2)

H_L＝0.4285H_W ^0.9781 (3)

D_L＝H₂+0.5H_L+0.071H_W (4)

X_T＝H₂ ^0.979+0.5H_L ^0.9878+0.00081H_W ^0.0001015 (5)

r₃＝(1.193sin(0.01821θ₃+0.5551)+0.5675sin(0.03247θ₃+2.532))·D₀ (9)

本发明采用精确公式设计法进行钟形进水流道主要参数的设计，使泵站的水力效率和稳定性得到很大提高，具有良好的经济效益，更有利于计算机的编程应用。由于本发明的设计方法不同于经验设计法，更能确保水力部件的尺寸的相互匹配。而且计算更精确，使理论设计与实际模型更符合。

以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其他实施例或变形例。

Claims (5)

1.一种钟形进水流道的设计方法，提供进水流道的主要几何参数，包括进水流道的吸入室后壁距X_T、喇叭管直径D_L、导流锥顶圆直径d、吸入室高度H₂、喇叭管高度H_L、流道高度H_W、钟形转向段钟形曲线半径r₁、钟形转向段平面蜗壳曲线半径r₂、钟形转向段导水圆台曲线半径r₃，其特征适合以下关系:

X_T＝H₂ ^0.979+0.5H_L ^0.9878+0.00081H_W ^0.0001015

D_L＝H₂+0.5H_L+0.071H_W

式中：

X_T—吸入室后壁距，米；

D_L—喇叭管直径，米；

H₂—吸入室高度，米；

H_L-喇叭管高度，米；

H_W—流道高度，米。

2.根据权利要求1所述的钟形进水流道的设计方法，其特征是导流锥顶圆直径d设计公式：

$d=0.3205\sqrt[3]{\frac{P}{n}}$

式中：

d—导流锥顶圆直径，米；

P—叶轮轴功率，千瓦；

n—叶轮转速，转/分。

3.根据权利要求1所述的钟形进水流道的设计方法，其特征是吸入室高度H₂、流道高度H_L设计公式：

H₂＝0.7143·H_W ^0.9789

H_L＝0.4285H_W ^0.9781

式中：

H₂-吸入室高度，米；

H_L-喇叭管高度，米；

H_W-流道高度，米。

4.根据权利要求1或3所述的钟形进水流道的设计方法，其特征是流道高度H_W设计公式：

$H_W=0.567Q^{0.3325}-4.21{\left(\frac{Q}{{D_0}^3}\right)}^{0.01142}+4.632$

式中：

Q-设计工况流量，米³/小时；

D₀-叶轮进口直径，米。

5.根据权利要求4所述的钟形进水流道的设计方法，其特征是钟形转向段钟形曲线半径r₁、钟形转向段平面蜗壳曲线半径r₂、钟形转向段导水圆台曲线半径r₃设计公式：

$r_1=\left(0.2338e^{\[-{\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1-92.86}{26.55}\right)}^2\]}+0.3134e^{\[-{\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_1+10.58}{279.8}\right)}^2\]}\right)\·D_0$

$r_2=\left(1.435e^{\[-{\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_2-85.34}{98.42}\right)}^2\]}\right)\·D_0$

r₃＝(1.193sin(0.01821θ₃+0.5551)+0.5675sin(0.03247θ₃+2.532))·D₀

式中：

r₁-钟形转向段钟形曲线半径，米；

r₂-钟形转向段平面蜗壳曲线半径，米；

r₃-钟形转向段导水圆台曲线半径，米；

θ₁-钟形转向段钟形曲线角度，度；

θ₂-钟形转向段平面蜗壳曲线角度，度；

θ₃-钟形转向段导水圆台曲线角度，度。