CN107327010A

CN107327010A - 一种改善多孔入流泵站进水流态的方法

Info

Publication number: CN107327010A
Application number: CN201710636326.7A
Authority: CN
Inventors: 张睿; 陈毓陵; 徐辉; 周春天; 孙子俊; 王璇; 李禹�; 苏正洋; 张晓露
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2017-11-07
Anticipated expiration: 2037-07-28
Also published as: WO2019019581A1; CN107327010B; AU2018305254A1; CA3067651A1; CA3067651C; AU2018305254B2

Abstract

本发明公开了一种改善多孔入流泵站进水流态的方法，泵站前池的进水端设置进水箱涵，在泵站前池内设置复合式整流装置，本发明所述的改善多孔入流泵站进水流态的方法，利用复合式整流装置抑制泵站前池内的横向流动，有利于降低前池表层流速从而增大其底部流速，可有效防止表面吸气旋涡的产生和保障水泵具有良好的进流条件，对于确保泵站的安全稳定高效运行具有重要意义。本发明结构简单、容易加工制作，适于在采用多孔进水箱涵的市政排水泵站工程建设及改造中推广应用。

Description

一种改善多孔入流泵站进水流态的方法

技术领域

本发明属于水利工程市政排水技术领域，具体涉及一种改善多孔入流泵站进水流态的方法。

背景技术

作为城市排水系统中的重要基础设施，排水泵站担负着城市防洪排涝的主要职责，对于我国城市水资源的高效利用、保障城市水安全、改善城市水环境以及加快新型城镇化建设等具有着重要意义。受城市规划、地形、规模等条件限制，城市排水泵站占地面积偏小、进水建筑物结构较为紧凑，通常很难按照常规泵站设计规范中水力条件良好的要求进行布置，尤其是当采用了多孔进水箱涵入流形式，泵站前池内容易存在横向流、表层流速大、表面吸气涡等不良流动现象，难以保证水泵机组具有良好的进流条件，从而将严重影响泵站的安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种改善多孔入流泵站进水流态的方法。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种改善多孔入流泵站进水流态的方法，在泵站前池内设置复合式整流装置，所述整流装置包括分隔墩、横梁及引流板，所述泵站前池的长度为L、宽度为W，泵站前池的进水口长度小于泵站前池的整体长度L，泵站前池的进水口向池内呈扩散喇叭形，前池的进口扩散段长度L1＝(0.4～0.7)L，L1过大不利于调整水泵入流情况，过小则容易造成其扩散角过大，0.4～0.7倍的泵站前池长度是本申请人根据若干次实验得到的最佳范围，既可以方便控制扩散角，又好调整水泵入流情况；扩散段边墙与前池中心线夹角β＝0～25°，本申请人多次实验证明β角过大容易造成前池两侧存在较大回流，不利于泵站进流；前池最高运行水位与其底部的距离为H0。

所述分隔墩沿泵站前池中心线布置，与主流方向平行；所述分隔墩的长度L2满足L2＝0.5L+tan(β/3)L，分隔墩的宽度D与水泵机组之间的中隔墩的宽度相同，分隔墩的长度、宽度范围是本申请人根据若干次实验得到的最佳范围，分隔墩的宽度过大容易造成前池的过流面积偏小，宽度过小则容易不满足结构强度使用要求；分隔墩的高度H＝(1.0～1.1)H0，分隔墩的顶部等于或略高于泵站前池的最高运行水位，在保证其作用的同时可以节省制作费用；所述分隔墩的前端修圆以降低水流的冲击损失，分隔墩前端与前池进口边的距离L3满足L＝L2+L3，分隔墩的后端与泵站前池宽度方向中心线上的中隔墩相连且两者的中心线重合；

所述横梁沿分隔墩高度方向设置，数量为2～5根，数量较少不利于水流流态调整，数量过多会造成局部水力损失过大，横梁靠近分隔墩的前端，两者间距L4＝(0～0.05)L，两者间距过大将影响组合梁的整流效果；所述每个横梁于泵站前池宽度方向的两端与泵站前池侧边墙相连，从而对整个前池起到整流效果；横梁的宽度B1＝(0.01～0.04)L，在保证其结构强度的同时以尽可能节省材料；横梁最顶端是与分隔墩的顶部齐平，单根横梁高度H1＝(0.1～0.3)H0，其高度过小则对水流的整流效果不佳、过大则会造成前池过流截面积减小，同时相邻两横梁之间的垂向距离H2＝(0.05～0.15)H0，以起到较好的整流效果；

所述引流板整体为折形板，引流板于泵站前池宽度方向的两端与泵站前池侧边墙相连，引流板的厚度B2＝(0.005～0.03)L，其厚度过大会占据过多的前池容积，厚度过小则容易造成结构强度不足；所述引流板包括立板和斜板，立板紧贴于中隔墩的前端，且垂直于泵站前池底面，立板的高度H3＝(0.4～0.7)H0，引流板的斜板一端与立板的底端连接，斜板的另一端连接至水泵进口端，斜板与水平面夹角θ＝25°～45°，以保证水流较好地过渡至水泵进口处。

优选地，本发明所述分隔墩、组合梁以及引流板为金属结构或钢筋混凝土结构，以保障整流装置能够满足排水泵站的设计施工使用要求。

作为一个优选实施例，所述泵站前池的长度L为8.5m、宽度W为18.3m、泵站前池进水口的扩散段长度L1为5.3m、扩散段边墙与其中心线夹角β为24°，泵站前池最高运行水位H0为5.2m；分隔墩的长度L2为5.45m、宽度D为0.3m、高度H为5.2m，分隔墩的前端与前池进水口的距离L3为3.05m；横梁有3根，横梁与分隔墩的前端间距L4为0.4m，单根横梁宽度B1为0.3m，单根横梁高度H1为0.8m，相邻两横梁垂向间距H2为0.3m；引流板厚度B2为0.2m，引流板的立板高度H3为3m，引流板的斜板与水平面夹角θ为30°。

作为另一个优选实施例，所述泵站前池的长度L为8.5m、宽度W为18.3m、泵站前池进水口的扩散段长度L1为3.4m、扩散段边墙与其中心线夹角β为24°，泵站前池最高运行水位H0为5.2m；分隔墩的长度L2为5.5m、宽度D为0.3m、高度H为5.46m；分隔墩的前端与前池进口的距离L3为3m；横梁有5根，与分隔墩的前端间距L4为0.425m；单根横梁宽度B1为0.085m，单根横梁高度H1为0.52m，相邻两横梁垂向间距H2为0.26m；引流板厚度B2为0.255m；引流板的立板高度H3为3.64m，引流板的斜板与水平面夹角θ为25°。

作为另一个优选实施例，所述泵站前池的长度L为8.5m、宽度W为18.3m、泵站前池进水口的扩散段长度L1为5.95m、扩散段边墙与其中心线夹角β为0°，泵站前池最高运行水位H0为5.2m；分隔墩的长度L2为4.25m、宽度D为0.3m、高度H为5.72m；分隔墩的前端与前池进口的距离L3为4.25m；横梁有2根，横梁与分隔墩的前端齐平；单根横梁宽度B1为0.34m，单根横梁高度H1为1.56m，相邻两横梁垂向间距H2为0.78m；引流板厚度B2为0.0425m；引流板的立板高度H3为2.08m，引流板的斜板与水平面夹角θ为45°。

本发明的有益效果是：

本发明所述的改善多孔入流泵站进水流态的方法，利用复合式整流装置抑制泵站前池内的横向流动，有利于降低前池表层流速、提高其底部流速，从而可有效防止表面吸气旋涡的产生以及保障水泵具有良好的进流条件，对于确保泵站的安全稳定高效运行具有重要意义。

本发明所提供的复合式整流装置结构简单、容易制作，特别适合于多孔入流形式的市政排水泵站工程建设及改造中推广应用。

附图说明

图1是本发明的立面布置示意图；

图2是本发明实施例的平面结构尺寸示意图；

图3是本发明实施例的整流装置立面结构尺寸示意图；

图4是本发明实施例整流前后各水泵进口断面流速分布对比图，其中4a是整流前各水泵进口断面流速分布对比图，4b是实施例1整流后各水泵进口断面流速分布对比图；4c是实施例2整流后各水泵进口断面流速分布对比图；4d是实施例3整流后各水泵进口断面流速分布对比图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1-3所示，本发明涉及分隔墩1、横梁2、引流板3、前池4、进水箱涵5、水泵机组6、中隔墩7等技术特征。

一种改善多孔入流泵站进水流态的方法，泵站前池的进水端设置进水箱涵，在泵站前池内设置复合式整流装置，所述泵站前池的整体长度为L，宽度为W，泵站前池的进水口长度小于泵站前池的整体长度L，泵站前池的进水口向池内呈扩散喇叭形，该扩散段长度L1＝(0.4～0.7)L，扩散段边墙与泵站前池中心线夹角β＝0～25°，泵站前池最高运行水位为H0；

所述复合式整流装置包括分隔墩、横梁及引流板，所述分隔墩1沿泵站前池4中心线布置，与主流方向平行；所述分隔墩1的长度L2＝0.5L+tan(β/3)L，宽度D＝(0.02～0.1)W，高度H＝(1.0～1.1)H0；所述分隔墩1的前端修圆，与前池4进口边的距离L3满足L＝L2+L3，分隔墩1的后端与水泵机组6之间的中隔墩7相连且两者的中心线重合；

所述组合横梁2沿分隔墩高度方向设置，且靠近分隔墩的前端，优选数量为2～5根，横梁与分隔墩1的前端间距L4＝(0～0.05)L；顶部的横梁与分隔墩的顶部齐平，每个横梁的宽度B1＝(0.01～0.04)L，每个横梁的高度H1＝(0.1～0.3)H0，每个横梁于泵站前池宽度方向的两端与泵站前池侧边墙相连，相邻两横梁间的垂向距离H2＝(0.05～0.15)H0；

所述引流板3为收缩型折形板，其两端与泵站前池4的两侧边墙相连，引流板3的厚度B2＝(0.005～0.03)L；所述引流板3的上端为分别与前池4底面和分隔墩1尾端相垂直的立板，高度H3＝(0.4～0.7)H0，所述引流板3的下端为与水泵机组6进口端相连的斜板，斜板与水平面夹角θ＝25～45°。

以上所述分隔墩1、横梁2以及引流板3为金属结构或钢筋混凝土结构；可在城市排水泵站工程建设或改造现场进行焊接或浇筑成型。

实施例1

本实施例带有本发明所提出的复合式整流装置的排水泵站平面和整流装置立面结构尺寸示意图如图2、3所示。

泵站前池4的长度L＝8.5m，宽度W＝18.3m，进口扩散段长度L1＝0.624L＝5.3m，扩散段边墙与前池4中心线夹角β＝24°，前池4最高运行水位与其底部的距离H0＝5.2m，泵站采用四孔入流的进水箱涵5，泵站水泵机组共6台，编号依次为a～f，其中中间两台(c、d)的流量为2.04m³/s，其余均为4.08m³/s；分隔墩1沿泵站前池4中心线布置且与主流方向平行，分隔墩1的长度L2＝0.5L+tan(β/3)L＝5.45m，宽度D＝0.3m，是与中隔墩7的宽度相同，高度H＝H0＝5.2m；分隔墩1的前端修圆，与前池4进口边的距离L3＝L－L2＝3.05m；组合梁2是由沿垂向分布的3根横梁构成，与分隔墩1的前端间距L4＝0.047L＝0.4m；最顶端的横梁2是与分隔墩1的顶部齐平，宽度B1＝0.0353L＝0.3m，高度H1＝0.154H0＝0.8m，两两横梁之间垂向间距H2＝0.0577H0＝0.3m；引流板3为收缩型折形板，其厚度B2＝0.0235L＝0.2m；引流板3的上端为分别与前池4底面和分隔墩1尾端相垂直的立板，高度H3＝0.577H0＝3m，立板与泵站中隔墩端面齐平；引流板3的下端斜板与水平面夹角θ＝30°；分隔墩1、组合梁2以及引流板3采用钢筋混凝土制作。

实施例2

本实施例所述的复合式整流装置，与实施例1不同之处在于：泵站前池4的进口扩散段长度L1＝0.4L＝3.4m，扩散段边墙与前池4中心线夹角β＝24°；分隔墩1的长度L2＝0.5L+tan(β/3)L＝5.5m，高度H＝1.05H0＝5.46m，与前池4进口边的距离L3＝L－L2＝3m；具有5根横梁，横梁与分隔墩1的前端间距L4＝0.05L＝0.425m；横梁2的宽度B1＝0.01L＝0.085m，高度H1＝0.1H0＝0.52m，横梁两两之间垂向间距H2＝0.05H0＝0.26m；引流板3的厚度B2＝0.03L＝0.255m，引流板3的立板高度H3＝0.7H0＝3.64m，且其下端斜板与水平面夹角θ＝25°。

实施例3

本实施例所述的一种改善多孔入流泵站进水流态的复合式整流装置，与实施例1不同之处在于：泵站前池4的进口扩散段长度L1＝0.7L＝5.95m，扩散段边墙与前池4中心线夹角β＝0°；分隔墩1的长度L2＝0.5L+tan(β/3)L＝4.25m，高度H＝1.1H0＝5.72m，与前池4进口边的距离L3＝L－L2＝4.25m；横梁2有2根，横梁与分隔墩1的前端齐平，即L4＝0m；横梁2的厚度B1＝0.04L＝0.34m，高度H1＝0.3H0＝1.56m，横梁两两之间垂向间距H2＝0.15H0＝0.78m；引流板3的厚度B2＝0.005L＝0.0425m，其立板高度H3＝0.4H0＝2.08m，且其下端斜板与水平面夹角θ＝45°。

如图4所示，采用三维流动数值模拟方法，对比分析采用本发明上述实施例的复合式整流装置进行整流前、后各水泵进口前过流断面流速分布的情况，图4a是未采用本发明所述整流装置，即未使用本发明所述整流装置进行整流的过流断面流速分布的情况，据图可以发现，各水泵进口的流速分布非常不均匀，这是因为泵站前池内存在横向流、表层流速大、表面吸气涡等不良流动现象导致的。根据图4b、4c、4d可以看出，经本发明整流后的各水泵进口的流速分布变得较为均匀，证明本发明所提出的复合式整流装置能够显著提高水泵的进流条件，流速分布较均匀，有助于确保泵站及水泵机组的安全、高效、稳定运行。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些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

1.一种改善多孔入流泵站进水流态的方法，泵站前池的进水端设置进水箱涵，其特征是：在泵站前池内设置复合式整流装置，所述泵站前池的整体长度为L，宽度为W，泵站前池的进水口长度小于泵站前池的整体长度L，泵站前池的进水口向池内呈扩散喇叭形，该扩散段长度L1＝(0.4～0.7)L，扩散段边墙与泵站前池中心线夹角β＝0～25°，泵站前池最高运行水位为H0；

所述复合式整流装置包括分隔墩、横梁及引流板，分隔墩沿泵站前池中心线布置，与进水箱涵的主流方向平行，所述分隔墩的长度L2＝0.5L+tan(β/3)L，宽度D与水泵机组之间的中隔墩的宽度相同，高度H＝(1.0～1.1)H0；所述分隔墩的前端修圆，分隔墩前端距离泵站前池进水口L3，满足L＝L2+L3，分隔墩的后端与泵站前池宽度方向中心线上的中隔墩相连且两者的中心线重合；

所述横梁数量为2～5根，横梁沿分隔墩高度方向设置，且靠近分隔墩的前端，横梁距离分隔墩前端的间距L4＝(0～0.05)L，顶部的横梁与分隔墩的顶部齐平，每个横梁的宽度B1＝(0.01～0.04)L，每个横梁的高度H1＝(0.1～0.3)H0，每个横梁于泵站前池宽度方向的两端与泵站前池侧边墙相连，相邻两横梁间的垂向距离H2＝(0.05～0.15)H0；

所述引流板于泵站前池宽度方向的两端与泵站前池侧边墙相连，引流板的厚度B2＝(0.005～0.03)L，引流板包括立板和斜板，立板紧贴于中隔墩的前端，且垂直于泵站前池底面，立板的高度H3＝(0.4～0.7)H0，引流板的斜板一端与立板的底端连接，斜板的另一端连接至水泵进口端，斜板与水平面夹角θ＝25°～45°。

2.如权利要求1所述的改善多孔入流泵站进水流态的方法，其特征是：所述分隔墩、横梁以及引流板为金属结构或钢筋混凝土结构。

3.如权利要求1所述的改善多孔入流泵站进水流态的方法，其特征是：所述泵站前池的长度L为8.5m、宽度W为18.3m、泵站前池进水口的扩散段长度L1为5.3m、扩散段边墙与其中心线夹角β为24°，泵站前池最高运行水位H0为5.2m；分隔墩的长度L2为5.45m、宽度D为0.3m、高度H为5.2m，分隔墩的前端与前池进水口的距离L3为3.05m；横梁有3根，横梁与分隔墩的前端间距L4为0.4m，单根横梁宽度B1为0.3m，单根横梁高度H1为0.8m，相邻两横梁垂向间距H2为0.3m；引流板厚度B2为0.2m，引流板的立板高度H3为3m，引流板的斜板与水平面夹角θ为30°。

4.如权利要求1所述的改善多孔入流泵站进水流态的方法，其特征是：所述泵站前池的长度L为8.5m、宽度W为18.3m、泵站前池进水口的扩散段长度L1为3.4m、扩散段边墙与其中心线夹角β为24°，泵站前池最高运行水位H0为5.2m；分隔墩的长度L2为5.5m、宽度D为0.3m、高度H为5.46m；分隔墩的前端与前池进口的距离L3为3m；横梁有5根，与分隔墩的前端间距L4为0.425m；单根横梁宽度B1为0.085m，单根横梁高度H1为0.52m，相邻两横梁垂向间距H2为0.26m；引流板厚度B2为0.255m；引流板的立板高度H3为3.64m，引流板的斜板与水平面夹角θ为25°。

5.如权利要求1所述的改善多孔入流泵站进水流态的方法，其特征是：所述泵站前池的长度L为8.5m、宽度W为18.3m、泵站前池进水口的扩散段长度L1为5.95m、扩散段边墙与其中心线夹角β为0°，泵站前池最高运行水位H0为5.2m；分隔墩的长度L2为4.25m、宽度D为0.3m、高度H为5.72m；分隔墩的前端与前池进口的距离L3为4.25m；横梁有2根，横梁与分隔墩的前端齐平；单根横梁宽度B1为0.34m，单根横梁高度H1为1.56m，相邻两横梁垂向间距H2为0.78m；引流板厚度B2为0.0425m；引流板的立板高度H3为2.08m，引流板的斜板与水平面夹角θ为45°。