CN107938758B - 一种基于费马螺线的进水结构控涡装置 - Google Patents

一种基于费马螺线的进水结构控涡装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，制作时，包括以下步骤：步骤1）、以进水结构的宽度L 1和喇叭管的喇叭管口直径D为约束条件，采用费马螺线方程进行设计；根据进水结构的宽度L 1和喇叭管口直径D的尺寸，合理确定a的具体数值后将费马螺线绘制成平面曲线；步骤2）、根据喇叭管悬空高L 2和平面单根螺线相邻的间隙数m；步骤3）、将平面曲线采用钢筋按同比例进行加工制作，制作后在钢筋表面涂刷防锈漆，再按L3的垂直间距进行垂直拉伸布置，获得三维立体的控涡装置；将控涡装置固定于进水结构的底板上，控涡装置的中心与喇叭管的喇叭管口的中心位于同一条垂线。通过本发明，能有效破坏附底涡的能量集聚，从源头消灭附底涡产生的根源。

Description

一种基于费马螺线的进水结构控涡装置
技术领域
本发明涉及一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，属于泵站工程技术领域。
背景技术
中小型灌排泵站常采用湿室型泵房，该泵房的进水结构多采用箱涵式进水结构或开敞式进水池，该进水结构是供水泵喇叭管及吸水管直接吸水的构筑物。对于轴流泵及导叶式混流泵，喇叭管与吸水管均为进水结构与叶轮室进口之间的过渡段，喇叭管与吸水管内部流态必然受到进水结构内部流态的影响。进水结构的主要作用是为水泵进口提供良好的进水条件。若进水结构内部流速分布不均，甚至还有涡带产生，则必然会显著降低水泵的能量性能和汽蚀性能，而且还易导致泵站机组产生振动、无法正常安全稳定工作。现有的湿室型泵房进水结构底部常产生附底涡，而附底涡的产生往往就在喇叭管口正对进水结构底板区域的周边，一旦产生便随水流进入水泵内，影响水泵的安全可靠性，目前在各种喇叭管悬空高度情况下均可能产生附底涡。
现有的泵站为获取良好的进水条件，常在进水结构中设置导流墩、导流板和导流锥等消涡措施，这些消涡措施均为实心结构，耗材多，现场浇筑需立模板，加工制造不方便。针对中小型泵站进水结构面临的这些共同问题，设计一种抑制附底涡产生的控涡装置其意义及推广应用价值均很大，不仅可解决泵站工程实际的消涡问题，改善水流条件，还可降低加工制造成本，且对面临相同问题的工业泵站也可采用该控涡装置。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，为解决上述中小型泵站进水结构面临的问题，提供了一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，该发明设计方法简单，加工制造方便，节省材料，便于实际工程的推广应用。
本发明的目的是这样实现的，一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，包括进水结构内设置的控涡装置，控涡装置上设有吸水管以及与吸水管贯通的喇叭管，且喇叭管置于进水结构内；其特征是，所述控涡装置安装于喇叭管的正下方，控涡装置制作时，包括以下步骤：
步骤1）、以进水结构的宽度L 1和喇叭管的喇叭管口直径D为约束条件，采用费马螺线方程对控涡装置进行设计，以喇叭管中心点在进水结构底面的投影点为极点，构建费马螺线方程，则费马螺线方程为：
R 2=a 2 θ
式中：R为极径，θ为极角，a为常数；
约束条件为：0.5D≤R≤0.5L 1，a为3 ~ 6之间的整数；
根据进水结构的宽度L 1和喇叭管口直径D的尺寸，合理确定a的具体数值后将费马螺线绘制成平面曲线；以喇叭管中心在进水结构底面的投影点为极点，构建费马螺线方程，R为平面曲线上任意1点与极点的连接线段长度，称为该点的极径；θ为平面曲线上任意1点与极点的连线和进水结构底面水平中心线的夹角，为该点的极角；
步骤2）、根据喇叭管悬空高L 2和平面单根螺线相邻的间隙数m，确定相邻两根螺线的垂直间距L 3为：
L 3 =（0.35~0.40）L 2/m；
步骤3）、将步骤1）中的平面曲线采用钢筋按同比例进行加工制作，制作后在钢筋表面涂刷防锈漆，再按L3的垂直间距进行垂直拉伸布置，获得三维立体的控涡装置；将控涡装置固定于进水结构的底板上，控涡装置的中心与喇叭管的喇叭管口的中心位于同一条垂线。
所述控涡装置用锚固螺栓固定于进水结构的底板。
所述进水结构为湿室型泵房的进水结构。
本发明结构合理、使用方便，通过本发明，在湿室型泵房的进水结构底板上设置一种基于费马螺线的进水结构控涡装置能有效破坏附底涡的能量集聚，从源头消灭附底涡产生的根源，若有涡带通过控涡装置时易被螺旋线割断，破坏涡带的连续性，达到消灭涡带的目的，该控涡装置可为水泵提供较好地入流条件，确保水泵的安全稳定运行。一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，加工制作方便，节省材料，便于推广实施。
至2008年底，全国机电排灌固定式泵站44.3万处，总装机功率2395万千瓦，其中，大型灌溉泵站总装机功率402万千瓦，中、小型机电排灌泵站总装机功率就为1993万千瓦，而中、小型泵站最常见的进水结构便是箱涵式进水流道或开敞式进水池，这些泵站中90%建于20世纪60、70年代，限当时的工程标准和技术水平，很多中小型泵站出现或大或小问题。国家已开展了大中型灌区和农田水利建设项目的更新改造，这些均有利于本发明在湿室型泵站的更新改造中应用，以及在新泵站的建设中应用，可消除涡带，确保泵站经济、稳定和安全运行。本发明响应了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》（2006-2020年）所确定的“节能”优化主题，本发明的一种基于费马螺线的进水结构控涡装置不仅具有抑涡的功能，还可破坏已有涡带的完整性，达到消涡的目的，改善了水泵的进口水流条件，提高了水泵安全稳定稳定性，继而减少能源的消耗，这种能源消耗的减小带来的经济效益、社会影响都将会很大。
附图说明
图1为本发明的整体三维示意图。
图2为本发明中不含控涡装置的结构示意图。
图3为本发明中控涡装置在进水结构内的俯视方向结构示意图。
图4为本发明中控涡装置三维示意图。
图中：1吸水管、2进水结构、3喇叭管、4控涡装置。
具体实施方式
下面结合附图和附图说明对本发明作进一步说明。图中，L 1为进水结构2的宽度，D为喇叭管3的喇叭管口直径，L 2为喇叭管3悬空高；
一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，包括进水结构2内设置的控涡装置4，控涡装置4上设有吸水管1以及与吸水管1贯通的喇叭管3，且喇叭管3置于进水结构2内；控涡装置4制作时，包括以下步骤：
步骤1）、以进水结构2的宽度L 1和喇叭管3的喇叭管口直径D为约束条件，采用费马螺线方程对控涡装置进行设计，以喇叭管中心点在进水结构底面的投影点为极点，构建费马螺线方程，该方程为：
R 2=a 2 θ
式中：R为极径，θ为极角，a为常数；
约束条件为：0.5D≤R≤0.5L 1，a为3 ~ 6之间的整数；
根据进水结构的宽度L 1和喇叭管口直径D的尺寸，合理确定a的具体数值后将费马螺线绘制成平面曲线；
步骤2）、根据喇叭管3悬空高L 2和平面单根螺线相邻的间隙数m，确定相邻两根螺线的垂直间距L 3为：
L 3 =（0.35~0.40）L 2/m；
步骤3）、将步骤1）中的平面曲线采用钢筋按同比例进行加工制作，制作后在钢筋表面涂刷防锈漆，再按L3的垂直间距进行垂直拉伸布置，获得三维立体控涡装置4；
将所述控涡装置4安装于喇叭管3的正下方，具体地，将控涡装置4固定于进水结构的底板上，控涡装置4的中心与喇叭管3的喇叭管口的中心位于同一条垂线。
进一步的，所述控涡装置4用锚固螺栓固定于进水结构2的底板。进水结构2为湿室型泵房的进水结构。
综上，如图1所示，以进水结构的宽度尺寸和喇叭管的悬空高为约束条件，确定费马螺线方程中常数a的数值，将费马螺线绘制成平面曲线，采用钢筋按平面曲线进行制作，制作后涂刷防锈漆。再依据喇叭管悬空高和平面单根螺线相邻的间隙数，采用本发明的方法计算出两根螺线的垂直间距，以间距为控制参数采用简易机械拉伸设备将平面曲线拉伸成控涡装置，采用螺栓等固定零件将控涡装置固定于进水结构底板上。

Claims (3)

1.一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，包括进水结构（2）内设置的控涡装置（4），控涡装置（4）上设有吸水管（1）以及与吸水管（1）贯通的喇叭管（3），且喇叭管（3）置于进水结构（2）内；其特征是，所述控涡装置（4）安装于喇叭管（3）的正下方，控涡装置（4）制作时，包括以下步骤：
步骤1）、以进水结构（2）的宽度L 1和喇叭管（3）的喇叭管口直径D为约束条件，采用费马螺线方程对控涡装置进行设计，以喇叭管中心点在进水结构底面的投影点为极点，构建费马螺线方程，则费马螺线方程为：
R 2=a 2 θ
式中：R为极径，θ为极角，a为常数；
约束条件为：0.5D≤R≤0.5L 1，a为3 ~ 6之间的整数；
根据进水结构的宽度L 1和喇叭管口直径D的尺寸，合理确定a的具体数值后将费马螺线绘制成平面曲线；
步骤2）、根据喇叭管（3）悬空高L 2和平面单根螺线相邻的间隙数m，确定相邻两根螺线的垂直间距L 3为：
L 3 =（0.35~0.40）L 2/m；
步骤3）、将步骤1）中的平面曲线采用钢筋按同比例进行加工制作，制作后在钢筋表面涂刷防锈漆，再按L3的垂直间距进行垂直拉伸布置，获得三维立体的控涡装置（4）；将控涡装置（4）固定于进水结构的底板上，控涡装置（4）的中心与喇叭管（3）的喇叭管口的中心位于同一条垂线。
2.根据权利要求1所述的一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，其特征是：所述控涡装置（4）用锚固螺栓固定于进水结构（2）的底板。
3.根据权利要求1所述的一种基于费马螺线的进水结构控涡装置，其特征是：所述进水结构（2）为湿室型泵房的进水结构。
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