CN106759665B - 泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，包括引水渠、前池、进水池、进水管、进水喇叭管、导流台、水下消涡盖板以及“W”型导流墩，进水管向下伸入进水池的后端，进水管连接进水喇叭管，导流台设置于进水池的底板上，和进水喇叭管的轴线重合，其圆周面为光滑曲面，导流台的横截面为圆形平面且面积从下到上逐渐变小，水下消涡盖板布置在进水池后端，位于进水管与进水喇叭管的联接处；“W”型导流墩设置于进水池的底板上且与进水池的后墙紧贴，“W”型导流墩由两个导流边墩和一个导流中墩组成，“W”型导流墩高于水下消涡盖板，本装置保证了进水池水流均匀平稳，使水泵机组在进水池超低水位下稳定、安全可靠地运行。

Description

泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别是涉及一种泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置。

背景技术

泵站是水利工程的重要组成部分，是保护和发展粮食生产的关键，在解决区域性的除涝、灌溉、调水和供水等方面发挥着极其重要的作用。由于天然降水和水利工程建设环境的影响，一些泵站的引水条件发生了变化，使泵站进水池的运行水位不能满足水泵进水管口的最小或临界淹没深度的要求，导致水泵在进水池超低水位下运行，造成进水池流态恶化，引发水泵的汽蚀、振动和水泵性能下降等一系列问题，随着池中水位的继续下降，进水池水流流态将进一步恶化，水泵汽蚀和机组振动会更加强烈，最后迫使机组停止运行。这些问题严重的影响了泵站的正常运行、效益发挥和使用寿命。

目前国内外就泵站进水池采用的水力整流措施主要有水上（下）盖板、导水锥、后墙（管后）隔板、水下隔板（柱）、池底隔墙等，针对泵站进水池水流流动的特征，采取不同的水力整流措施，实际应用已经证明了这些整流措施能够有效的改善泵站进水池的水流流态。

水泵长期在进水池超低水位下运行，能否采用水上（下）盖板有效防止表面漩涡产生尚未研究，而后墙（管后）隔板，水下隔板（柱）和池底隔板主要用于进水池设计不合理时，防止附壁漩涡和池中回流的产生，导水锥主要用在进水管口保证进水流态均匀，消除底板上的滞水区和防止漩涡产生。

对于水泵在进水池超低水位下运行的泵站来说，由于进水池水位不满足水泵进水管口的最小或者临界淹没水深和进水池有效容积的秒换水系数要求，易于在进水池产生漏斗进气漩涡、附底漩涡、附壁漩涡和绕进水管旋转的回流，上述水力整流措施主要是针对某一情况提出的，用于进水池超低水位下运行的泵站效果不佳，整流后进水池内流态差，所以必须需求一种有效的水力整流方法来改善进水池流态，保证进水中流速均匀，是本领域研究人员必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述水力整流技术存在的缺陷，提供一种组合导流水力整流装置，该装置能够有效解决泵站进水池在超低水位运行过程中存在的水流流态失稳和漩涡产生的问题。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，包括引水渠（1）、前池（2）和进水池（3），还包括与水泵相连的进水管（4）、进水喇叭管（5）、导流台（6）、水下消涡盖板（7）以及“W”型导流墩（8），所述进水管（4）向下伸入进水池的后端，进水管（4）的进口端连接进水喇叭管（5）的出口端，进水喇叭管（5）的进口直径大于出口直径；所述导流台（6）设置于进水池（3）的底板上，位于进水喇叭管（5）的正下方，导流台（6）和进水喇叭管（5）的轴线重合；导流台（6）的圆周面为光滑曲面，导流台（6）的横截面为圆形平面且横截面的面积从下到上逐渐变小；所述水下消涡盖板（7）布置在进水池（3）后端，高度方向位于进水管（4）与进水喇叭管（5）的联接处，水下消涡盖板（7）上设有穿过进水管（4）开孔，所述开孔的孔壁紧贴进水管（4）的管壁；所述“W”型导流墩（8）设置于进水池（3）的底板上，位于进水管（4）后且与进水池（3）的后墙紧贴，所述“W”型导流墩（8）由两个导流边墩和一个导流中墩组成，两个导流边墩和导流中墩均为三棱柱体，两个导流边墩对称位于导流中墩的两侧，导流边墩有两个边与进水池（3）后端的边角紧贴，所述“W”型导流墩（8）高于水下消涡盖板（7），导流中墩的中棱与进水管（4）的中心线所在平面与进水池（3）的后墙垂直，导流中墩的中棱与水下消涡盖板（7）相抵。

所述前池（2）的后部设有多个并列的进水池（3），多个并列的进水池（3）相互之间被直通水面的隔墙分隔。

所述导流台（6）分上下两部分，所述导流台（6）上部的圆周面为由一斜线段或者一段圆弧或者一段椭圆弧或者一段双曲线或者一段抛物线绕着导流台（6）的轴线形成的光滑曲面，所述导流台（6）下部的圆周面为由一斜线段绕着导流台（6）的轴线形成的光滑曲面，导流台（6）上部的圆周面与导流台（6）下部的圆周面平滑过渡。

所述导流台（6）的上部的高度是导流台（6）高度的2/3，导流台（6）的下部的高度是导流台（6）高度的1/3。

所述导流台（6）的圆周面为由一斜线段或者一段圆弧或者一段椭圆弧或者一段双曲线或者一段抛物线绕着导流台（6）的轴线形成的光滑曲面。

所述水下消涡盖板（7）为长方形板，水平布置。

所述“W”型导流墩（8）的两个导流边墩均为直角三棱柱体，导流中墩为等腰三棱柱体或等边三棱柱体。

所述导流台（6）下端面的直径为进水喇叭管（5）进口直径1.5倍，导流台（6）上端面的直径与水泵的叶轮轮毂直径相等；导流台（6）的高度为进水喇叭管（5）进口距离进水池（3）底板高度的2/5；所述水下消涡盖板（7）的前缘和后缘分别距进水喇叭管（5）中心的距离为进水喇叭管（5）进口直径的1.5倍和1.0倍；所述“W”型导流墩（8）的高度比水下消涡盖板（7）高出20cm。

所述导流台（6）的高度为进水喇叭管（5）进口距离进水池（3）底板高度的1/3，所述水下消涡盖板（7）的前缘和后缘分别距进水喇叭管（5）中心的距离为进水喇叭管（5）进口直径的1.2倍和1.0倍。

与现有技术相比，本发明泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置具有以下优点：

1、本组合水力整流装置有两种功能，一种是水力消涡功能，另一种是水力整流功能，具体体现在以下几个方面：

泵站在进水池超低水位下运行时，进水池内产生了不稳定的水流，进水池底部不稳定水流经过所述导流台时，导流台填补了进水喇叭管口下方的滞水区，避免了死水与动水相互摩擦撞击而引起的流态紊乱，消除了底部漩涡和回流，改善了进水流态，导流台的坡面从台底到台顶的过流断面由大到小逐渐收缩，均匀过渡，水流流速沿有规则坡面的导流台逐渐减小，趋于均匀，从周围平稳地流入进水喇叭管口，消除了水流紊乱，减少水头损失，导流台与目前泵站通常采用的导水锥相比，不仅具有导水锥的作用，而且导流台的高度不足导水锥高度的一半，能够适应于低水位，且制作加工简单，安装施工方便，用材省，成本低；

进水池上部不稳定水流经过水下消涡盖板的消涡和整流作用，能够减弱和消除进水池表面的漏斗漩涡与行进水流的不均匀性，保证稳定的上部水流从水下消涡盖板两端均匀的流向进水喇叭管口，同时对于多泥沙河流取水泵站，水下消涡盖板的设置加大了与进水池底间的水流流速，可有效防止进水池泥沙淤积；

“W”型导流墩的导流边墩填补了进水池后端两个边角的滞水区，避免了水流从进水池两侧流向后墙两侧边角时，死水与动水相互摩擦撞击而引起的流态紊乱，导流中墩缩短了进水喇叭管口与后墙的距离，有效的避免回流的产生，消除了附壁漩涡，改善了进水池流态，也使进水池后部水流沿着导流中墩平稳的流向进水喇叭管口；

综上，本组合水力整流装置保证了进水池水流均匀平稳，使水泵机组在进水池超低水位下稳定、安全可靠地运行。

2、前池的后部设有多个并列的进水池，多个并列的进水池（3）相互之间被直通水面的隔墙分隔，本组合水力整流装置适应于多泵同时运行的场合。

3、导流台分上下两部分，导流台上部分的圆周面为由一斜线段或者一段圆弧或者一段椭圆弧或者一段双曲线或者一段抛物线绕着导流台的轴线形成的光滑曲面，导流台下部分的圆周面为由一斜线段绕着导流台的轴线形成的光滑曲面，导流台上部的圆周面与导流台下部的圆周面平滑过渡，此种设置的导流台便于施工。

4、水下消涡盖板为长方形板，水平布置，能够减少水头损失，也能很好地起到消涡和整流作用。

5、“W”型导流墩的两个导流边墩均为直角三棱柱体，可以很好适应进水池的直角边角，导流中墩为等腰三棱柱体或等边三棱柱体，两边对称使流向进水喇叭管口的水流均匀平稳。

附图说明

图1是泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置的结构示意图之一；

图2是图1的A-A剖视结构示意图；

图3是泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置的结构示意图之二；

图4是图3的A-A剖视结构示意图。

具体实施方式

附图说明中标号1是引水渠，2是前池，3是进水池，4是进水管，5是进水喇叭管，6是导流台，7是水下消涡盖板，8是“W”型导流墩。

下面结合附图和具体实施方式对本发明泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置作进一步说明：

实施例一：本实施例中，如图1-2所示，一种泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，包括引水渠1、前池2和进水池3，还包括与水泵相连的进水管4、进水喇叭管5、导流台6、水下消涡盖板7以及“W”型导流墩8，所述进水管4向下伸入进水池的后端，进水管4的进口端连接进水喇叭管5的出口端，进水喇叭管5的进口直径大于出口直径；所述导流台6设置于进水池3的底板上，位于进水喇叭管5的正下方，导流台6和进水喇叭管5的轴线重合；导流台6的圆周面为光滑曲面，导流台6的横截面为圆形平面且横截面的面积从下到上逐渐变小；所述水下消涡盖板7布置在进水池3后端，高度方向位于进水管4与进水喇叭管5的联接处，水下消涡盖板7上设有穿过进水管4开孔，所述开孔的孔壁紧贴进水管4的管壁；所述“W”型导流墩8设置于进水池3的底板上，位于进水管4后且与进水池3的后墙紧贴，所述“W”型导流墩8由两个导流边墩和一个导流中墩组成，两个导流边墩和导流中墩均为三棱柱体，两个导流边墩对称位于导流中墩的两侧，导流边墩有两个边与进水池3后端的边角紧贴，所述“W”型导流墩8高于水下消涡盖板7，导流中墩的中棱与进水管4的中心线所在平面与进水池3的后墙垂直，导流中墩的中棱与水下消涡盖板7相抵。

所述前池2的后部设有两个并列的进水池3，两个并列的进水池3相互之间被直通水面的隔墙分隔。

所述导流台6的圆周面为由一斜线段绕着导流台6的轴线形成的光滑曲面。

所述水下消涡盖板7为长方形板，水平布置。

所述“W”型导流墩8的两个导流边墩均为直角三棱柱体，导流中墩为等腰三棱柱体。

所述导流台6下端面的直径为进水喇叭管5进口直径1.5倍，导流台6上端面的直径与水泵的叶轮轮毂直径相等；导流台6的高度为进水喇叭管5进口距离进水池3底板高度的2/5；所述水下消涡盖板7的前缘和后缘分别距进水喇叭管5中心的距离为进水喇叭管5进口直径的1.5倍和1.0倍；所述“W”形导流墩⑻的高度比水下消涡盖板7高出20cm。

实施例二：如图3-4所示，本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于，所述导流台6分上下两部分，所述导流台6上部的圆周面为由一段圆弧绕着导流台6的轴线形成的光滑曲面，所述导流台6下部的圆周面为由一段斜线段绕着导流台6的轴线形成的光滑曲面，导流台6上部的圆周面和导流台6下部的圆周面平滑过渡。

所述“W”型导流墩8的导流中墩为等边三棱柱体。

所述导流台6的上部的高度是导流台6高度的2/3，导流台6的下部的高度是导流台6高度的1/3。

实施例三：本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于，所述导流台6的高度为进水喇叭管5进口距离进水池3底板高度的1/3，所述水下消涡盖板7的前缘和后缘分别距进水喇叭管5中心的距离为进水喇叭管5进口直径的1.2倍和1.0倍。

上面结合附图对本发明优选的具体实施方式作出了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这种实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，包括引水渠（1）、前池（2）和进水池（3），其特征在于，还包括与水泵相连的进水管（4）、进水喇叭管（5）、导流台（6）、水下消涡盖板（7）以及“W”型导流墩（8），所述进水管（4）向下伸入进水池的后端，进水管（4）的进口端连接进水喇叭管（5）的出口端，进水喇叭管（5）的进口直径大于出口直径；所述导流台（6）设置于进水池（3）的底板上，位于进水喇叭管（5）的正下方，导流台（6）和进水喇叭管（5）的轴线重合；导流台（6）的圆周面为光滑曲面，导流台（6）的横截面为圆形平面且横截面的面积从下到上逐渐变小；所述水下消涡盖板（7）布置在进水池（3）后端，高度方向位于进水管（4）与进水喇叭管（5）的联接处，水下消涡盖板（7）上设有穿过进水管（4）开孔，所述开孔的孔壁紧贴进水管（4）的管壁；所述“W”型导流墩（8）设置于进水池（3）的底板上，位于进水管（4）后且与进水池（3）的后墙紧贴，所述“W”型导流墩（8）由两个导流边墩和一个导流中墩组成，两个导流边墩和导流中墩均为三棱柱体，两个导流边墩对称位于导流中墩的两侧，导流边墩有两个边与进水池（3）后端的边角紧贴，所述“W”型导流墩（8）高于水下消涡盖板（7），导流中墩的中棱与进水管（4）的中心线所在平面与进水池（3）的后墙垂直，导流中墩的中棱与水下消涡盖板（7）相抵；

所述前池（2）的后部设有多个并列的进水池（3），多个并列的进水池（3）相互之间被直通水面的隔墙分隔；

所述导流台（6）下端面的直径为进水喇叭管（5）进口直径1.5倍，导流台（6）上端面的直径与水泵的叶轮轮毂直径相等；导流台（6）的高度为进水喇叭管（5）进口距离进水池（3）底板高度的2/5；所述水下消涡盖板（7）的前缘和后缘分别距进水喇叭管（5）中心的距离为进水喇叭管（5）进口直径的1.5倍和1.0倍；所述“W”型导流墩（8）的高度比水下消涡盖板（7）高出20cm。

2.根据权利要求1所述的泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，其特征在于，所述导流台（6）分上下两部分，所述导流台（6）上部的圆周面为由一斜线段或者一段圆弧或者一段椭圆弧或者一段双曲线或者一段抛物线绕着导流台（6）的轴线形成的光滑曲面，所述导流台（6）下部的圆周面为由一斜线段绕着导流台（6）的轴线形成的光滑曲面，导流台（6）上部的圆周面与导流台（6）下部的圆周面平滑过渡。

3.根据权利要求2所述的泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，其特征在于，所述导流台（6）的上部的高度是导流台（6）高度的2/3，导流台（6）的下部的高度是导流台（6）高度的1/3。

4.根据权利要求1所述的泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，其特征在于，所述导流台（6）的圆周面为由一斜线段或者一段圆弧或者一段椭圆弧或者一段双曲线或者一段抛物线绕着导流台（6）的轴线形成的光滑曲面。

5.根据权利要求1所述的泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，其特征在于，所述水下消涡盖板（7）为长方形板，水平布置。

6.根据权利要求1所述的泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，其特征在于，所述“W”型导流墩（8）的两个导流边墩均为直角三棱柱体，导流中墩为等腰三棱柱体或等边三棱柱体。

7.根据权利要求1所述的泵站进水池超低水位下的组合水力整流装置，其特征在于，所述导流台（6）的高度为进水喇叭管（5）进口距离进水池（3）底板高度的1/3，所述水下消涡盖板（7）的前缘和后缘分别距进水喇叭管（5）中心的距离为进水喇叭管（5）进口直径的1.2倍和1.0倍。

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