CN106192934A - 一种导叶式泵站进水池导流消涡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利工程中的消涡装置技术领域，尤其涉及一种导叶式泵站进水池导流消涡装置。该导流消涡装置包括环形下基座、环形上基座、以及设置在所述环形下基座与所述环形上基座之间的若干导流叶片，其中所述的若干导流叶片呈圆周布置。该导流消涡装置能够有效的消除进水管入口附近的漩涡，降低进水池内的流动损失，提高进水管内的流动均匀度，具有结构简单，安装方便，实用性较强的优点。

Description

一种导叶式泵站进水池导流消涡装置

技术领域

本发明涉及水利工程中的消涡装置技术领域，尤其涉及一种导叶式泵站进水池导流消涡装置。

背景技术

泵站进水池是水泵进水管直接取水的水工建筑物，其主要作用是为水泵提供良好的进水条件。在水泵运行时往往由于进水池设计不合理或流量大等原因导致进水管内流速分布不均、池内出现漩涡等问题。漩涡会导致流体在进水管产生环向速度使水泵的入口有预旋进而影响水泵系统运行稳定性；而且漩涡也会加剧进水池内水流脉动很容易引起振动超标等问题。

目前的技术手段中，消涡的主要机理主要分为两种，一种是通过在进水管入口下方设置消涡装置来降低进水管与底面距离，典型的措施有消涡锥等，但是这种装置对进水管入口流体的整流作用并不明显；另一种则是增设障碍物破除产生涡的初生基础，如十字消涡板等，这种结构可以有效的消除附底涡，但是对入口流态的作用也非常有限。而且消涡装置多数采用等厚的隔板或条状物，导致进水池内流动损失增加。其他整流消涡措施还有改变进水池形状、利用前池的水工建筑物进行消涡。但无论上述哪种方式都有非常大的随机性、往往都是要根据具体产生的问题进行针对性的改进。然而，如何设计出一套普适性强且行之有效的消涡装置，可以同时消除进水池入口附近的漩涡又可以有效改善入口流态是目前亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种导叶式泵站进水池导流消涡装置，解决现有消涡技术普适性差，无法满足在消除进水池入口附近漩涡的同时有效改善入口流态的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种导叶式泵站进水池导流消涡装置，包括环形下基座、环形上基座、以及设置在所述环形下基座与所述环形上基座之间的若干导流叶片，其中所述的若干导流叶片呈圆周布置。

进一步地，所述环形下基座固定在进水池底部，所述环形上基座设置在进水管的入口正下方。

具体地，所述的导流叶片在圆周方向均匀分布，所述导流叶片的断面为对称翼型，且满足：

0.2D<L₁<0.5D

0.5L₁<H₁<2L₁

其中，D为所述进水管的外径，L₁为所述导流叶片的断面翼型弦长，H₁为所述导流叶片的垂直高度。

具体地，所述环形下基座的内径与所述环形上基座的内径相等，所述环形下基座的外径与所述环形上基座的外径相等，且满足：

0.5D<D₁<1.3D

1.3D<D₂<2D

D₂-D₁>L₁

其中，D为所述进水管的外径，D₁为所述环形下基座的内径，D₂为所述环形下基座的外径。

具体地，所述环形上基座的上端面与所述进水管入口的垂直距离满足：

0<H₂<0.3F

其中，H₂为所述环形上基座的上端面与所述进水管入口之间的垂直距离，F为所述进水管的入口与所述进水池底面的垂直高度。

具体地，所述进水管的入口圆心、所述环形上基座的圆心、所述环形下基座的圆心以及所述的导流叶片沿圆周布置的圆心同轴设置。

具体地，所述导流叶片的上端面与所述环形上基座之间设有第一垫片，所述导流叶片的下端面与所述环形下基座之间设有第二垫片。

具体地，所述导流叶片的上下两端分别通过连接件与所述环形上基座、所述环形下基座对应连接。

具体地，所述环形上基座、所述环形下基座以及所述导流叶片均采用有机玻璃制成，其中所述导流叶片的上下两端分别通过玻璃胶与所述环形上基座、所述环形下基座对应连接。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其中环形下基座是整个消涡装置的固定基础；环形上基座设置在环形下基座上方，起到一定的整流作用；在环形上基座与环形下基座之间设置若干导流叶片，用于减少进水池内的涡流，提升流场的流动均匀性。

本发明的导流叶片不仅能够削弱进水池入口附近涡流，由于导流叶片的水平断面为翼型，相比于其他直板的消涡装置可以有效降低流体流过导流装置的水力损失，同时若干导流叶片呈圆周均匀布置，对水池内流体起到了良好的整流作用。

本发明提供的导叶式泵站进水池导流消涡装置，应用在泵站进水池吸入口，可消除吸入口附近各个方向的涡流，并对流场进行整流，很大程度上降低进水池的振动，减小水利损失，保证泵站正常运行时水泵有较好的入口条件，在工程中具有非常好的实用价值。

本发明提供的导叶式泵站进水池导流消涡装置，能够提高进水管入口均匀度，降低进水池的压力脉动，保证泵站系统的稳定运行，尤其是对长期工作中的泵站能带来非常可观的效益。

本发明提供的导叶式泵站进水池导流消涡装置，能够适用于不同的泵站进水池，加工方便，安装简单，成本较低。

附图说明

图1是本发明实施例导叶式泵站进水池导流消涡装置的正视图；

图2是本发明实施例导叶式泵站进水池导流消涡装置的图1的俯视图；

图3是本发明实施例导叶式泵站进水池导流消涡装置的立体结构示意图；

图4是本发明实施例导叶式泵站进水池导流消涡装置的安装示意图；

图5是本发明实施例导叶式泵站进水池导流消涡装置的图4的俯视图；

图6是本发明实施例导叶式泵站进水池导流消涡装置的导流叶片正视图；

图7是本发明实施例导叶式泵站进水池导流消涡装置的导流叶片断面示意图。

图中：1：环形下基座；2：导流叶片；3：环形上基座；4：进水管；5：进水池；6：螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种导叶式泵站进水池导流消涡装置，包括环形下基座1、设置在所述环形下基座1上方的环形上基座3、以及设置在所述环形下基座1与所述环形上基座3之间的若干导流叶片2，其中所述的若干导流叶片2呈圆周均匀布置。

如图4-5所示，在安装时，所述环形下基座1固定在进水池5底部，所述环形上基座3设置在进水管4的入口正下方。通过本发明实施例提供的导叶式泵站进水池导流消涡装置，不仅能够消除入口附近的漩涡，同时能够对流体进行整流。

如图6-7所示，所述导流叶片2的断面为对称翼型，能够有效降低流体流过导流装置的水力损失。

进一步而言，所述进水管4的入口圆心、所述环形下基座1的圆心、所述环形上基座3的圆心以及所述的若干导流叶片2沿圆周布置的圆心均设置在同一轴线上，从而保证流体经过消涡装置后不会偏离进水管入口中心，避免入口流速分部不均的情况。

进一步而言，在所述导流叶片2的上端面与所述环形上基座3之间可以设置第一垫片，在所述导流叶片2的下端面与所述环形下基座1之间可以设置第二垫片，通过第一垫片和第二垫片的设置，能够有效削弱振动，避免硬性接触。

进一步而言，所述导流叶片2的上下两端分别通过连接件与所述环形上基座3、所述环形下基座1对应连接，在本实施例中所述连接件采用螺栓6。在环形下基座1与环形上基座3上均需要在圆周方向均布螺栓孔，且螺栓孔的大小、间距相同。

具体而言，所述环形下基座1的内径与所述环形上基座1的内径相等，所述环形下基座1的外径与所述环形上基座1的外径相等，方便加工制造。若考虑稳定性因素可以适当增大所述环形下基座1的外径。环形下基座1与环形上基座3要与进水池5的后壁和侧壁保持一定距离，防止间隙过小引起流体过流而产生的不必要的振动。

在具体应用中，由于进水管4与进水池5后壁的距离有限，导致所述的导流消涡装置往往与后壁距离较近，因此，在安装时，所述的导流叶片应在进水池5中轴面两侧呈对称布置，可以避免单一导叶消涡能力不足、引发额外振动的问题。

针对不同的使用场合，针对不同的水池1，所产生的涡流不尽相同，因此环形下基座1、环形上基座3以及导流叶片2的具体尺寸、选用的材料、以及导流叶片的断面形状，可以根据实际应用环境进行相应的选取。在水利工程领域的实际泵站应用中，所述的环形下基座1、环形上基座3以及导流叶片2通常采用金属材质材质制成。

在实际泵站中，为保证消涡装置的稳定性，待消涡装置整体连接完成后，将环形下基座1固定在进水管4的入口正下方，用混凝土浇筑或支架固定在进水池5底部。

本装置也可以应用在实验中，进行消涡机理的研究。

在进行模型试验时，本发明的导流消涡装置整体尺寸较小，受流场中的流体流动影响不大，因此环形下基座1、环形上基座3以及导流叶片2可以采用透明有机玻璃等易加工材料制作。此时，环形下基座1、环形上基座3以及导流叶片2之间可以采用玻璃胶连接或其他能够保证稳固的连接件进行连接。

现以一模型试验为例进一步描述本发明所述的导流消涡装置。已知参数：进水管外径D＝100mm，进水管内径d＝88mm，进水池长L＝1120mm，进水池宽W＝308mm，进水池高H＝1460mm，进水管入口与进水池底部之间的垂直高度F＝50mm，进水管与进水池后壁之间的距离T＝80mm，进水管与进水池左侧壁之间的距离B_L＝120mm，进水管与进水池右侧壁之间的距离B_R＝190mm。

由于该实验中消涡装置受流场中的流体作用力不大，所以选择环形下基座1与环形上基座3的内外径相同，方便制造、安装。根据上述参数，所述导流叶片2的几何参数应满足如下关系式：

0.2D<L₁<0.5D

0.5L₁<H₁<2L₁

本实施例考虑进水池后壁距较小，所以选择导流叶片的断面翼型弦长L₁＝0.25D，导流叶片的垂直高度H_1＝L₁，即L₁＝H₁＝25mm。导流叶片2的数量可选为12片。

根据进水池5的尺寸及导流叶片2的长度选择环形下基座1与环形上基座3的内、外径的范围为：

0.5D<D₁<1.3D

1.3D<D₂<2D

D₂-D₁>L₁

故选取环形上基座3的内径D₁＝0.9D，环形上基座3的外径D₂＝0.5D，即D₁＝90mm，D₂＝150mm。环形上基座3的内径不宜过小，否则会影响进水管4入口的流态，环形上基座3的外径也不宜过大，要与进水池5的侧壁和后壁保持一定距离。

本实施例根据设计要求：

0<H₂<0.3F

选取环形上基座3的上端面与进水管4的入口之间的垂直距离H₂＝0.3F，即H₂＝15mm。

本实施例中，为了便于观察、分析，环形下基座1、环形上基座3以及导流叶片2均采用透明有机玻璃制成，将导流叶片2与环形下基座1、环形上基座3之间采用玻璃胶连接，可以保证整体结构的稳定性，也不影响装置的水力性能。

综上所述，本发明提供的导叶式泵站进水池导流消涡装置，能够有效的消除进水管入口附近的漩涡，降低进水池内的流动损失，提高进水管内的流动均匀度。该消涡装置结构简单，安装方便，可用于大多数泵站进水池，能够应对不同的涡流，实用性较强。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有说明，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：包括环形下基座、环形上基座、以及设置在所述环形下基座与所述环形上基座之间的若干导流叶片，其中所述的若干导流叶片呈圆周布置。

2.根据权利要求1所述的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：所述环形下基座固定在进水池底部，所述环形上基座设置在进水管的入口正下方。

3.根据权利要求2所述的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：所述的若干导流叶片在圆周方向均匀分布，所述导流叶片的断面为对称翼型，且满足：

0.2D<L₁<0.5D

0.5L₁<H₁<2L₁

其中，D为所述进水管的外径，L₁为所述导流叶片的断面翼型弦长，H₁为所述导流叶片的垂直高度。

4.根据权利要求2所述的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：所述环形下基座的内径与所述环形上基座的内径相等，所述环形下基座的外径与所述环形上基座的外径相等，且满足：

0.5D<D₁<1.3D

1.3D<D₂<2D

D₂-D₁>L₁

其中，D为所述进水管的外径，D₁为所述环形上基座的内径，D₂为所述环形上基座的外径。

5.根据权利要求2所述的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：所述环形上基座的上端面与所述进水管入口的垂直距离满足：

0<H₂<0.3F

其中，H₂为所述环形上基座的上端面与所述进水管入口之间的垂直距离，F为所述进水管的入口与所述进水池底面的垂直高度。

6.根据权利要求2所述的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：所述进水管入口的圆心、所述环形上基座的圆心、所述环形下基座的圆心以及所述的导流叶片沿圆周布置的圆心同轴设置。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：所述导流叶片的上端面与所述环形上基座之间设有第一垫片，所述导流叶片的下端面与所述环形下基座之间设有第二垫片。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：所述导流叶片的上下两端分别通过连接件与所述环形上基座、所述环形下基座对应连接。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的导叶式泵站进水池导流消涡装置，其特征在于：所述环形上基座、所述环形下基座以及所述导流叶片均采用有机玻璃制成，其中所述导流叶片的上下两端分别通过玻璃胶与所述环形上基座、所述环形下基座对应连接。