CN105465045A - 一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道及应用方法 - Google Patents

一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道及应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道及应用方法，属于水利工程泵站技术领域。本发明所提供的进水流道三维形体过流面通过基于CFD的优化水力设计研究方法得到；所述进水流道由进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段组成；进水流道断面形状由进口的矩形渐变为出口的圆形；提供进水流道的立面图（含断面位置线）、平面图（含断面位置线）和断面尺寸数据表；所述进水流道过流面的各几何尺寸均用以水泵叶轮直径<i>D</i>0为基准的相对值表示；所述进水流道主要参数可在一定范围内进行调整，以适应不同泵站的实际情况。应用本发明得到的后置型卧式泵装置进水流道水流转向有序、收缩均匀、流道水头损失小。

Description

一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道及应用方法
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后置型卧式泵装置进水流道及应用方法，适用于指导工程技术人员设计高性能大流量泵站后置竖井式贯流泵装置、后置灯泡式贯流泵装置、后置电机卧式轴伸泵装置和后置卧式潜水泵装置的进水流道。
背景技术
大型低扬程泵站广泛应用于水资源配置、农业排灌、水环境治理和城市排涝等许多重要领域。设计扬程在3m以下的大流量泵站较多地采用了水力性能好的卧式泵装置。卧式泵装置分为前置型和后置型两种基本型式，每种基本型式又包括灯泡式、竖井式、轴伸式和潜水泵式等多种型式。虽然不同型式的后置型卧式泵装置的出水流道各具特点、差别很大，需根据各种型式的不同特点对出水流道进行专门的设计，但它们的进水流道实际上具有基本相同的条件和要求，可以进行统一的优化水力设计和采用相同的应用方法，以便进一步提高进水流道的水力性能并为实现标准化设计奠定基础。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供了一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道及应用方法。本发明的特征是：所提供的进水流道三维形体过流面通过基于CFD的优化水力设计研究方法得到；所述进水流道由进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段组成；曲线过渡段的断面形状由进口的矩形渐变为出口的圆形；提供含曲线过渡段断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意图和断面尺寸数据表；所述进水流道过流面的各几何尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的相对值表示，将相对值乘以泵站拟采用的水泵叶轮直径D0即可得该泵站进水流道实际需要的尺寸；所述进水流道主要几何参数可在一定范围内进行调整，以适应不同泵站具有不同的流量、扬程及进水池水位的实际情况。应用本发明得到的后置型卧式泵装置进水流道水流转向有序、收缩均匀、流道水头损失小，对于确保大流量泵站安全、稳定和高效运行具有重要意义。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
1.一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道，该进水流道采用基于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，流道出口断面的流速分布均匀度和水流平均角度分别达到99.0％和88.9°，设计流量时的流道水头损失仅为0.069m，已在大流量泵站得到成功应用；
所述进水流道包括依次设置的进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段；曲线过渡段的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形；进口直线段内设有中隔墩；
所述进水流道各几何尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的相对值表示；
所述进口直线段的长度L直线段＝1.212D0，底边倾角β＝5°，进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，进口断面高度H直线段进口＝1.782D0，进口顶板圆弧半径R进口顶板＝0.8m；所述中隔墩的长度L隔墩＝1.212D0，宽度B隔墩＝0.8m，头部圆弧半径R隔墩头部＝0.4m，尾部圆弧半径R隔墩尾部＝1.5m；
所述曲线过渡段的长度L过渡段＝2.121D0，进口断面宽度B过渡段进口＝2.091D0，进口断面高度H过渡段进口＝1.554D0；提供含曲线过渡段断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意图和断面尺寸数据表；断面尺寸包括各断面的立面上边线坐标(X1i，Y1i)、立面下边线坐标(X2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度Bwi和过渡圆半径Rwi，各断面编号i及数据列于表1；
表1进水流道曲线过渡段断面尺寸数据表
所述出口圆台段的长度L圆台段＝0.394D0，进口断面直径D圆台段进口＝1.034D0，出口断面直径D圆台段出口＝0.973D0。
2.一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道的应用方法，包括以下步骤：
(1)所述进水流道包括依次设置的进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段；曲线过渡段的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形；进口直线段内设有中隔墩；
(2)所述进水流道各几何尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的相对值表示；
所述进口直线段的长度L直线段＝1.212D0，底边倾角β＝5°，进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，进口断面高度H直线段进口＝1.782D0，进口顶板圆弧半径R进口顶板＝0.8m；所述中隔墩的长度L隔墩＝1.212D0，宽度B隔墩＝0.8m，头部圆弧半径R隔墩头部＝0.4m，尾部圆弧半径R隔墩尾部＝1.5m；
所述曲线过渡段的长度L过渡段＝2.121D0，进口断面宽度B过渡段进口＝2.091D0，进口断面高度H过渡段进口＝1.554D0；提供含曲线过渡段断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意图和断面尺寸数据表；断面尺寸包括各断面的立面上边线坐标(X1i，Y1i)、立面下边线坐标(X2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度Bwi和过渡圆半径Rwi，各断面编号i及数据列于表1；
所述出口圆台段的长度L圆台段＝0.394D0，进口断面直径D圆台段进口＝1.034D0，出口断面直径D圆台段出口＝0.973D0；
(3)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段的长度L直线段＝1.212D0，可根据进水流道上部结构布置的需要在此基础上缩短或加长，但L直线段的改变量不大于0.6D0；L直线段改变后，中隔墩长度作相应改变；
(4)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段的进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，可根据水泵机组间距布置的需要在此基础上减少或加大，但B直线段进口的改变量不大于0.15D0；
(5)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段的底边倾角β＝5°，可根据进水流道与泵站进水池衔接的需要在此基础上减少或加大，但β的改变量不大于5°，β改变后该段各断面的高度保持不变；
(6)所述后置型卧式泵装置进水流道出口圆台段的长度L圆台段＝0.394D0，可根据泵站的实际需要缩短或加长，但L圆台段的改变量不大于0.1D0；
(7)将所述后置型卧式泵装置进水流道各尺寸的相对值乘以泵站拟采用的水泵叶轮直径D0即可得该泵站进水流道实际需要的尺寸，以m为单位；
(8)根据计算和调整后的所述进水流道的几何参数，在绘图软件中绘制所需的后置型卧式泵装置进水流道单线图。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，本发明的后置型卧式泵装置进水流道水力性能优异、便于工程技术人员采用，可保证进水流道的设计质量，对于确保大流量泵站的安全、稳定和高效运行具有重要意义。
第二，本发明提供的进水流道主要几何参数可在一定范围内进行调整，可以适应不同泵站具有不同的流量、扬程及进水池水位的实际情况。
第三，本发明提供的后置型卧式泵装置进水流道水力性能优异，流道出口断面的流速分布均匀度和水流平均角度分别达到99.0％和88.9°，设计流量时的流道水头损失仅为0.069m，已在大流量泵站得到成功应用。
第四，不同型式的后置型卧式泵装置的进水流道具有基本相同的条件和要求，本发明提供了经过统一的优化水力设计的进水流道，便于进一步提高其水力性能并为实现后置型卧式泵装置的进水流道的标准化设计奠定基础。
附图说明
图1a是本发明进水流道立面示意图；
图1b是本发明进水流道平面示意图；
图1c是图1a和图1b中的Ai-Ai断面图；
图2a是本发明进水流道曲线过渡段断面位置立面示意图；
图2b是本发明进水流道曲线过渡段断面位置平面示意图；
图3a是本发明进水流道进口直线段长度调整示意图；
图3b是本发明进水流道进口直线段进口断面宽度调整示意图；
图3c是本发明进水流道进口直线段底边倾角调整示意图；
图4是本发明进水流道出口圆台段长度调整示意图；
图中：1进口直线段，2曲线过渡段，3出口圆台段，4中隔墩，5立面上边线，6立面下边线。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
1.一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道，该进水流道采用基于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，流道出口断面的流速分布均匀度和水流平均角度分别达到99.0％和88.9°，设计流量时的流道水头损失仅为0.069m，已在大流量泵站得到成功应用；
如图1a、图1b所示，所述进水流道包括依次设置的进口直线段1、曲线过渡段2和出口圆台段3；曲线过渡段2的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形；进口直线段1内设有中隔墩4；
所述进水流道各几何尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的相对值表示；
如图1a、图1b所示，所述进口直线段1的长度L直线段＝1.212D0，底边倾角β＝5°，进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，进口断面高度H直线段进口＝1.782D0，进口顶板圆弧半径R进口顶板＝0.8m；所述中隔墩4的长度L隔墩＝1.212D0，宽度B隔墩＝0.8m，头部圆弧半径R隔墩头部＝0.4m，尾部圆弧半径R隔墩尾部＝1.5m；
所述曲线过渡段2的长度L过渡段＝2.121D0，进口断面宽度B过渡段进口＝2.091D0，进口断面高度H过渡段进口＝1.554D0；提供含曲线过渡段2的断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意图和断面尺寸数据表；如图1c所示，断面尺寸包括各断面的立面上边线5的坐标(X1i，Y1i)、立面下边线6的坐标(X2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度Bwi和过渡圆半径Rwi；所述进水流道曲线过渡段2的断面位置的立面和平面示意图分别如图2a和图2b所示，各断面编号i及数据列于表1；
所述出口圆台段3的长度L圆台段＝0.394D0，进口断面直径D圆台段进口＝1.034D0，出口断面直径D圆台段出口＝0.973D0。
2.一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道的应用方法，包括以下步骤：
(1)如图1a、图1b所示，所述进水流道包括进口直线段1、曲线过渡段2和出口圆台段3；曲线过渡段2的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形；进口直线段1内设有中隔墩4；
(2)所述进水流道各几何尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的相对值表示；
如图1a、图1b所示，所述进口直线段1的长度L直线段＝1.212D0，底边倾角β＝5°，进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，进口断面高度H直线段进口＝1.782D0，进口顶板圆弧半径R进口顶板＝0.8m；所述中隔墩4的长度L隔墩＝1.212D0，宽度B隔墩＝0.8m，头部圆弧半径R隔墩头部＝0.4m，尾部圆弧半径R隔墩尾部＝1.5m；
所述曲线过渡段2的长度L过渡段＝2.121D0，进口断面宽度B过渡段进口＝2.091D0，进口断面高度H过渡段进口＝1.554D0；提供含曲线过渡段2的断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意图和断面尺寸数据表；如图1c所示，断面尺寸包括各断面的立面上边线5的坐标(X1i，Y1i)、立面下边线6的坐标(X2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度Bwi和过渡圆半径Rwi；所述进水流道曲线过渡段2的断面位置的立面和平面示意图分别如图2a和图2b所示，各断面编号i及数据列于表1；
所述出口圆台段3的长度L圆台段＝0.394D0，进口断面直径D圆台段进口＝1.034D0，出口断面直径D圆台段出口＝0.973D0；
(3)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段1的长度L直线段＝1.212D0，可根据进水流道上部结构布置的需要在此基础上缩短或加长，但L直线段的改变量不大于0.6D0；L直线段改变后，中隔墩4的长度作相应改变；
缩短或加长L直线段的方式如图3a所示，图中，L′直线段表示缩短后的进口直线段1的长度，L″直线段表示加长后的进口直线段1的长度；
(4)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段1的进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，可根据水泵机组间距布置的需要在此基础上减少或加大，但B直线段进口的改变量不大于0.15D0；
减少或加大B直线段进口的方式如图3b所示，图中，B′直线段进口表示减少后的进口直线段1的进口断面宽度，B″直线段进口表示加大后的进口直线段1的进口断面宽度；
(5)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段1的底边倾角β＝5°，可根据进水流道与泵站进水池衔接的需要在此基础上减少或加大，但β的改变量不大于5°，β改变后该段各断面的高度保持不变；
减少或加大β的方式如图3c所示，图中，β′表示减少后的进口直线段1的底边倾角，β″表示加大后的进口直线段1的底边倾角；
(6)所述后置型卧式泵装置进水流道出口圆台段3的长度L圆台段＝0.394D0，可根据泵站的实际需要缩短或加长，但L圆台段的改变量不大于0.1D0；
缩短或加长L圆台段的方式如图4所示，图中，L′圆台段表示缩短后的出口圆台段3的长度，L″圆台段表示加长后的出口圆台段3的长度；
(7)将所述后置型卧式泵装置进水流道各尺寸的相对值乘以泵站拟采用的水泵叶轮直径D0即可得该泵站进水流道实际需要的尺寸，以m为单位；
(8)根据计算和调整后的所述进水流道的几何参数，在绘图软件中绘制所需的后置型卧式泵装置进水流道单线图。
实施例
本实施例大流量泵站采用后置灯泡式贯流泵装置，水泵叶轮直径D0＝3.3m，要求应用本发明设计水力性能优异的进水流道，根据泵站布置需要，确定进水流道进口直线段的长度为5m、进口断面宽度为7.5m、底边倾角为0°，出口圆台段的长度为1.4m。
应用本发明设计的本实施例大流量泵站后置灯泡式贯流泵装置进水流道的步骤如下：
1.如图1a和图1b所示，所述后置灯泡式贯流泵装置进水流道包括进口直线段1、曲线过渡段2和出口圆台段3；曲线过渡段2的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形；进口直线段1内设有中隔墩4；
将应用本发明设计的后置型卧式泵装置进水流道各几何尺寸相对值乘以所述大流量泵站的水泵叶轮直径D0＝3.3m，得到该泵站后置灯泡式贯流泵装置进水流道的尺寸：
(1)所述进口直线段1的长度L直线段＝1.212D0＝4.000m，底边倾角β＝5°，进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0＝7.801m，进口断面高度H直线段进口＝1.782D0＝5.881m，进口顶板圆弧半径R进口顶板＝0.8m；所述中隔墩4的长度L隔墩＝1.212D0＝4.000m，宽度B隔墩＝0.8m，头部圆弧半径R隔墩头部＝0.4m，尾部圆弧半径R隔墩尾部＝1.5m；
(2)所述曲线过渡段2的长度L过渡段＝2.121D0＝6.999m，进口断面宽度B过渡段进口＝2.091D0＝6.900m，进口断面高度H过渡段进口＝1.554D0＝5.128m；所述进水流道曲线过渡段2的断面尺寸包括各断面的立面上边线5的坐标(X1i，Y1i)、立面下边线6的坐标(X2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度Bwi和过渡圆半径Rwi，各断面编号i及数据列于表2；
表2本实施例进水流道曲线过渡段断面尺寸数据表
(3)所述出口圆台段3的长度L圆台段＝0.394D0＝1.300m，进口断面直径D圆台段进口＝1.034D0＝3.412m，出口断面直径D圆台段出口＝0.973D0＝3.211m；
2.第1大步骤第(1)步中计算得到的进口直线段1的长度L直线段＝4.000m，需加长1m才能满足本实施例大流量泵站进水流道进口直线段1的长度为5m的要求；同时中隔墩4的长度也需相应地加长1m；它们的加长方式如图3a所示；
3.第1大步骤第(1)步中计算得到的进口直线段1的进口断面宽度B直线段进口＝7.801m，需减少0.301m才能满足本实施例大流量泵站进水流道进口直线段1的进口断面宽度为7.5m的要求，减少方式如图3b所示；
4.本发明设计的进口直线段1的底边倾角β＝5°，需减少5°才能满足本实施例大流量泵站进水流道进口直线段1的底边倾角为0°的要求，减少方式如图3c所示；
5.第1大步骤第(3)步中计算得到的出口圆台段3的长度为1.3m，需加长0.1m才能满足本实施例大流量泵站进水流道出口圆台段3的长度为1.4m的要求，加长方式如图4所示；
6.根据计算和调整后的所述进水流道的几何参数，在AUTOCAD绘图软件中绘制所需的后置灯泡式贯流泵装置进水流道单线图。

Claims (4)

1.一种后置型卧式泵装置进水流道，其特征是，
所述进水流道包括依次设置的进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段；曲线过渡段的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形；进口直线段内设有中隔墩；
所述进水流道各几何尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的相对值表示；
所述进口直线段的长度L直线段＝1.212D0，底边倾角β＝5°，进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，进口断面高度H直线段进口＝1.782D0，进口顶板圆弧半径R进口顶板＝0.8m；所述中隔墩的长度L隔墩＝1.212D0，宽度B隔墩＝0.8m，头部圆弧半径R隔墩头部＝0.4m，尾部圆弧半径R隔墩尾部＝1.5m；
所述曲线过渡段的长度L过渡段＝2.121D0，进口断面宽度B过渡段进口＝2.091D0，进口断面高度H过渡段进口＝1.554D0；
所述出口圆台段的长度L圆台段＝0.394D0，进口断面直径D圆台段进口＝1.034D0，出口断面直径D圆台段出口＝0.973D0。
2.根据权利要求1所述的后置型卧式泵装置进水流道，其特征是，提供含所述曲线过渡段断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意图和断面尺寸数据表；断面尺寸包括各断面的立面上边线坐标(X1i，Y1i)、立面下边线坐标(X2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度Bwi和过渡圆半径Rwi，各断面编号i及数据列于表1；
表1进水流道曲线过渡段断面尺寸数据表
3.一种后置型卧式泵装置进水流道的应用方法，其特征是，所述应用方法包括以下步骤：
(1)所述进水流道包括依次设置的进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段；曲线过渡段的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形；进口直线段内设有中隔墩；
(2)所述进水流道各几何尺寸均用以水泵叶轮直径D0为基准的相对值表示；
所述进口直线段的长度L直线段＝1.212D0，底边倾角β＝5°，进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，进口断面高度H直线段进口＝1.782D0，进口顶板圆弧半径R进口顶板＝0.8m；所述中隔墩的长度L隔墩＝1.212D0，宽度B隔墩＝0.8m，头部圆弧半径R隔墩头部＝0.4m，尾部圆弧半径R隔墩尾部＝1.5m；
所述曲线过渡段的长度L过渡段＝2.121D0，进口断面宽度B过渡段进口＝2.091D0，进口断面高度H过渡段进口＝1.554D0；
所述出口圆台段的长度L圆台段＝0.394D0，进口断面直径D圆台段进口＝1.034D0，出口断面直径D圆台段出口＝0.973D0；
(3)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段的长度L直线段＝1.212D0，根据进水流道上部结构布置的需要在此基础上缩短或加长，但L直线段的改变量不大于0.6D0；L直线段改变后，中隔墩长度作相应改变；
(4)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段的进口断面宽度B直线段进口＝2.364D0，根据水泵机组间距布置的需要在此基础上减少或加大，但B直线段进口的改变量不大于0.15D0；
(5)所述后置型卧式泵装置进水流道进口直线段的底边倾角β＝5°，根据进水流道与泵站进水池衔接的需要在此基础上减少或加大，但β的改变量不大于5°，β改变后该段各断面的高度保持不变；
(6)所述后置型卧式泵装置进水流道出口圆台段的长度L圆台段＝0.394D0，根据泵站的实际需要缩短或加长，但L圆台段的改变量不大于0.1D0；
(7)将所述后置型卧式泵装置进水流道各尺寸的相对值乘以泵站拟采用的水泵叶轮直径D0即可得该泵站进水流道实际需要的尺寸，以m为单位；
(8)根据计算和调整后的所述进水流道的几何参数，在绘图软件中绘制所需的后置型卧式泵装置进水流道单线图。
4.根据权利要求3所述的后置型卧式泵装置进水流道的应用方法，其特征是，提供含所述曲线过渡段断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意图和断面尺寸数据表；断面尺寸包括各断面的立面上边线坐标(X1i，Y1i)、立面下边线坐标(X2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度Bwi和过渡圆半径Rwi，各断面编号i及数据列于表2；
表2进水流道曲线过渡段断面尺寸数据表
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