CN108591130A - 一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构及其方法，包括进水池、水泵，水泵上的喇叭管伸于进水池内，且喇叭管置于进水池内的一端设有喇叭口；所述进水池内设有防振装置，且防振装置置于喇叭口正下方；所述防振装置为喇叭状，防振装置的上半部分为椭圆曲面，椭圆曲面母线顶端点切线与防振装置上底面垂直；防振装置下半部分为圆弧曲面，圆弧曲面的曲率大于椭圆曲面的曲率，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切；所述防振装置的侧壁上均匀设置有若干贯穿椭圆曲面、圆弧曲面的凹槽。通过本发明，不仅可以明显消除喇叭管下方附底涡的产生，而且可以起到调整水流转向的作用，实现水流入流角较优，流速均匀度较好的入流条件。

Description

一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构及其方法

技术领域

本发明涉及一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构及其方法，具体而言，涉及一种插口可调节的刀具架。

背景技术

进水池是中、小型立式轴流泵站中最常见的构筑物。进水池内的流速分布不均匀，或者出现漩涡，不仅会显著降低水泵的能量性能和汽蚀性能，而且还可能导致水泵机组的振动，甚至无法正常工作。只有具备良好的进水条件才能保证水泵安全高效运行。在具体工程设计中，为获得更好的水泵入流条件，同时消除喇叭口下方附底涡的出现，经常在喇叭口加设导流锥、十字板等。

为改善进水池流态，目前已有专利涉及相关措施：授权发明专利CN20152013402在封闭式进水池设置一种新型ω后壁能有效解决封闭式进水池后壁出现死水区问题，并且能够有效改善进水池后壁附近不良流态，但是不能改善喇叭口下方不良流态以及减小水泵水力振动。授权发明专利CN201610060303在进水池中设置一种新型水泵梁，能够有效改善水泵梁周围流态，防漩涡发生，提高泵站效率，但是这种措施仅针对由进水池内不良流态，以及消除水泵梁周围的漩涡，对于喇叭管下方流态和涡带改善不明显。现有专利提出许多工程措施改善进水前池的流态以改善进水池的进水条件，对于喇叭管下方不良流态和以及水泵处水力脉动涉及较少。而且目前主要通过改变水泵参数或者外加措施改善压力脉动，对于通过对进水池内外加工程措施提高水泵入流均匀度以及改善入流角，从而减小水泵振动基本无涉及。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构及其方法，在有效消除喇叭管下方附底涡同时能够减少水力损失，更好地起到导流作用，改善水泵入流角及流速均匀度，减小水泵处压力脉动，提高泵站运行稳定性和效率。

本发明的目的是这样实现的，一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构，包括进水池、水泵，水泵上的喇叭管伸于进水池内，且喇叭管置于进水池内的一端设有喇叭口；

其特征是：所述进水池内设有防振装置，且防振装置置于喇叭口正下方；所述防振装置为喇叭状，防振装置的上半部分为椭圆曲面，椭圆曲面母线顶端点切线与防振装置上底面垂直；防振装置下半部分为圆弧曲面，圆弧曲面的曲率大于椭圆曲面的曲率，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切；所述防振装置的侧壁上均匀设置有若干贯穿椭圆曲面、圆弧曲面的凹槽。

所述凹槽个数为6~8个。

所述防振装置与进水池底板同时浇筑或提前预制。

所述防振装置中，防振装置的高为喇叭口直径的0.54 ~0.72倍；防振装置的上底面直径为喇叭口直径的0.15~0.35倍；防振装置的下底面为喇叭口直径的0.8~1.2 倍；椭圆曲面的椭圆曲面母线方程为：，其中a=，b=，D为喇叭口的直径；圆弧曲面的圆弧曲面母线半径为喇叭口直径的0.40~0.50倍；凹槽的宽度为喇叭口直径的，凹槽的槽深与凹槽的宽度相同。

一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振方法，其特征是：包括进水池、水泵，水泵上的喇叭管伸于进水池内，且喇叭管置于进水池内的一端设有喇叭口；在进水池内设有防振装置，且防振装置置于喇叭口正下方；所述防振装置为喇叭状，防振装置的上半部分为椭圆曲面，椭圆曲面母线顶端点切线与防振装置上底面垂直；防振装置下半部分为圆弧曲面，圆弧曲面的曲率大于椭圆曲面的曲率，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切；所述防振装置的侧壁上均匀设置有若干贯穿椭圆曲面、圆弧曲面的凹槽；

进水池内，水流流经防振装置时，大部分水流会受到防振装置的阻隔引导作用，沿着防振装置上的圆弧曲面母线、椭圆曲面母线经喇叭口、喇叭管进入水泵，其中，防振装置侧壁上的凹槽在起到导流作用的同时还能够为水流提供缓冲，从而降低水流损失，也避免携气水流的产生；圆弧曲面的曲率大于椭圆曲面的曲率，在导流的同时还能够为水流提供较大的转向空间，有利于调整水流流速及方向，避免水流直接冲击，减小了由于防振装置阻隔水流而产生的水力损失，降低喇叭口附近水压力脉动，避免异常水压力脉动的出现；

椭圆曲面母线顶端点切线与防振装置上底面垂直，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切，水流流出圆弧曲面进入椭圆曲面，最终大部分水流经喇叭口、喇叭管进入水泵，且流入喇叭口时，水流的流线与喇叭口垂直，少部分水流绕过防振装置在碰到后壁后反折，沿着防振装置侧壁上的凹槽经喇叭口、喇叭管进入水泵。

所述凹槽个数为6~8个。

所述防振装置与进水池底板同时浇筑或提前预制。

所述防振装置中，防振装置的高为喇叭口直径的0.54 ~0.72倍；防振装置的上底面直径为喇叭口直径的0.15~0.35倍；防振装置的下底面为喇叭口直径的0.8~1.2 倍；椭圆曲面的椭圆曲面母线方程为：，其中a=，b=，D为喇叭口的直径；圆弧曲面的圆弧曲面母线半径为喇叭口直径的0.40~0.50倍；凹槽的宽度为喇叭口直径的，凹槽的槽深与凹槽的宽度相同。

本发明结构合理简单、生产制造容易、使用方便，通过本发明，设置凹槽式喇叭状防振结构目的是为解决进水池内喇叭管下方不良流态，附底漩涡以及水泵水力振动等问题。防振装置表面母线为椭圆线和圆弧线的结合（圆弧曲面母线、椭圆曲面母线），同时按照母线在凹槽式喇叭状防振结构表面进行开槽处理。

根据对泵站进水池内流态分析，普通进水池内在喇叭口下方由于水泵吸水作用，一部分水流流线突然转向进入水泵，另外一部分水流绕过喇叭管继续流动在碰到进水池后壁水流反向入泵，使得喇叭口下方水流流态较紊乱，同时如果进水池内尺寸设置不合理，水流入泵前流速均匀度和入流角会较差，降低水泵效率的同时还可能加大水泵的振动。

加设防振装置后，水流流经防振装置，大部分水流会受到防振装置的阻隔引导作用，沿着防振装置的母线（圆弧曲面母线、椭圆曲面母线）进入水泵，其中防振装置表面凹槽在起到导流作用的同时还能够为水流提供一定的缓冲，从而降低水流损失，也避免携气水流的产生。防振装置下半部分为曲率较大的圆弧面（圆弧曲面），在导流的同时还能够为水流提供较大的转向空间，极大减小了由于防振结构阻隔水流而产生的水力损失。防振装置上半部分为曲率较小的椭圆弧面（椭圆曲面），椭圆弧面母线顶端点切线与防振装置上底面垂直，椭圆弧面母线与圆弧面母线交点相切。水流流出圆弧面进入椭圆弧面，最终大部分水流流线实现垂直喇叭口进入水泵。少部分水流绕过防振装置在碰到后壁后反折，经防振装置凹槽作用最终实现较好的入流角进入水泵。

通过本发明，防振装置设置在进水喇叭口正下方，在有效消除喇叭管下方的附底涡的同时，凹槽式喇叭状防振结构底部较曲面曲率更大，坡度更缓，更加契合水流流动，减小水力损失，凹槽还能够更有效起到导流作用，使得入泵水流入流角更好，流速更加均匀，能够改善水泵处压力脉动情况，保证水泵安全高效运行。

有益效果：通过在进水池设置防振装置可以起到很好的消涡导流作用，不仅可以明显消除喇叭管下方附底涡的产生，而且可以起到调整水流转向的作用，实现水流入流角较优，流速均匀度较好的入流条件，达到减小水力损失，改善水泵处压力脉动的作用。本发明应用于泵站建设与改造，可有效提高泵站运行效率，改善泵装置振动情况。

随着南水北调东线工程的建设和国家大中型泵站技术改造的实施，共计有上百座泵站的进水池流态需要改善，因此本发明可应用和实施，取得较大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为进水池内未加设防振装置水流流线示意图。

图2为进水池内加设防振装置水流流线示意图。

图3为防振装置尺寸示意图。

图4为防振装置正视图。

图5为防振装置正三轴侧图。

图中：1进水池、2喇叭口、3防振装置、4椭圆曲面、5圆弧曲面、6凹槽。

具体实施方式

以下结合附图以及附图说明对本发明作进一步的说明。

一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构，包括进水池1、水泵，水泵上的喇叭管伸于进水池1内，且喇叭管置于进水池1内的一端设有喇叭口2；所述进水池1内设置有防振装置3，且防振装置3置于喇叭口2正下方；防振装置3为喇叭状，防振装置3的上半部分为椭圆曲面4，椭圆曲面母线顶端点切线与防振装置3上底面垂直；防振装置3下半部分为圆弧曲面5，圆弧曲面5的曲率大于椭圆曲面5的曲率，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切；在防振装置3的侧壁上均匀设置有若干贯穿椭圆曲面4、圆弧曲面5的凹槽6。

进一步的，凹槽6个数为6~8个，防振装置3与进水池底板同时浇筑或提前预制。防振装置3中，防振装置3的高为喇叭口2直径的0.54 ~0.72倍；防振装置3的上底面直径为喇叭口2直径的0.15~0.35倍；防振装置3的下底面为喇叭口2直径的0.8~1.2 倍；椭圆曲面4的椭圆曲面母线方程为：，其中a=，b=，D为喇叭口2的直径；圆弧曲面5的圆弧曲面母线半径为喇叭口2直径的0.40~0.50倍；凹槽6的宽度为喇叭口2直径的，凹槽6的槽深与凹槽6的宽度相同。

防振装置3可以与进水池1底板同时浇筑，也可以提前预制。我们设定，图1中D为喇叭口直径。防振装置3具体参数如下：

1）、防振装置3高H=(0.54 ~0.72 )D。

2）、防振装置3上底面直径D₁=(0.15~0.35)D，D₂=(0.8~1.2 )D。

3）、防振装置3椭圆曲面母线方程为：，其中a=，b=。

4）、防振装置3圆弧曲面母线半径R=(0.40~0.50)D。

5）、防振装置3凹槽宽度B=()D，槽深与宽度相同，凹槽个数建议设置6~8个。

使用时，在进水池内，水流流经防振装置3时，大部分水流会受到防振装置3的阻隔引导作用，沿着防振装置3上的圆弧曲面母线、椭圆曲面母线经喇叭口2、喇叭管进入水泵，其中，防振装置3侧壁上的凹槽6在起到导流作用的同时还能够为水流提供缓冲，从而降低水流损失，也避免携气水流的产生；圆弧曲面5的曲率大于椭圆曲面4的曲率，在导流的同时还能够为水流提供较大的转向空间，有利于调整水流流速及方向，避免水流直接冲击，减小了由于防振装置3阻隔水流而产生的水力损失，降低喇叭口2附近水压力脉动，避免异常水压力脉动的出现；

椭圆曲面母线顶端点切线与防振装置3上底面垂直，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切，水流流出圆弧曲面5进入椭圆曲面4，最终大部分水流经喇叭口2、喇叭管进入水泵，且流入喇叭口2时，水流的流线与喇叭口2垂直，少部分水流绕过防振装置3在碰到后壁后反折，沿着防振装置3侧壁上的凹槽6经喇叭口2、喇叭管进入水泵。

Claims (8)

1.一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构，包括进水池（1）、水泵，水泵上的喇叭管伸于进水池（1）内，且喇叭管置于进水池（1）内的一端设有喇叭口（2）；

其特征是：所述进水池（1）内设有防振装置（3），且防振装置（3）置于喇叭口（2）正下方；所述防振装置（3）为喇叭状，防振装置（3）的上半部分为椭圆曲面（4），椭圆曲面母线顶端点线与防振装置（3）上底面垂直；防振装置（3）下半部分为圆弧曲面（5），圆弧曲面（5）的曲率大于椭圆曲面（4）的曲率，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切；所述防振装置（3）的侧壁上均匀设置有若干贯穿椭圆曲面（4）、圆弧曲面（5）的凹槽（6）。

2.根据权利要求1所述的一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构，其特征是：所述凹槽（6）个数为6~8个。

3.根据权利要求1所述的一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构，其特征是：所述防振装置与进水池底板同时浇筑或提前预制。

4.根据权利要求1所述的一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振结构，其特征是：所述防振装置（3）中，防振装置（3）的高为喇叭口（2）直径的0.54 ~0.72倍；防振装置（3）的上底面直径为喇叭口（2）直径的0.15~0.35倍；防振装置（3）的下底面为喇叭口（2）直径的0.8~1.2 倍；椭圆曲面（4）的椭圆曲面母线方程为：，其中a=，b=，D为喇叭口（2）的直径；圆弧曲面（5）的圆弧曲面母线半径为喇叭口（2）直径的0.40~0.50倍；凹槽（6）的宽度为喇叭口（2）直径的，凹槽（6）的槽深与凹槽（6）的宽度相同。

5.一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振方法，其特征是：包括进水池（1）、水泵，水泵上的喇叭管伸于进水池（1）内，且喇叭管置于进水池（1）内的一端设有喇叭口（2）；在进水池（1）内设有防振装置（3），且防振装置（3）置于喇叭口（2）正下方；所述防振装置（3）为喇叭状，防振装置（3）的上半部分为椭圆曲面（4），椭圆曲面母线顶端点切线与防振装置（3）上底面垂直；防振装置（3）下半部分为圆弧曲面（5），圆弧曲面（5）的曲率大于椭圆曲面（4）的曲率，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切；所述防振装置（3）的侧壁上均匀设置有若干贯穿椭圆曲面（4）、圆弧曲面（5）的凹槽（6）；

进水池内，水流流经防振装置（3）时，大部分水流会受到防振装置（3）的阻隔引导作用，沿着防振装置（3）上的圆弧曲面母线、椭圆曲面母线经喇叭口（2）、喇叭管进入水泵，其中，防振装置（3）侧壁上的凹槽（6）在起到导流作用的同时还能够为水流提供缓冲，从而降低水流的冲击以及水流损失，也避免携气水流的产生；圆弧曲面（5）的曲率大于椭圆曲面（4）的曲率，在导流的同时还能够为水流提供较大的转向空间，有利于调整水流流速及方向，避免水流直接冲击，减小了由于防振装置（3）阻隔水流而产生的水力损失，降低喇叭口（2）附近水压力脉动，避免异常水压力脉动的出现；

椭圆曲面母线顶端点切线与防振装置（3）上底面垂直，圆弧曲面母线与椭圆曲面母线交点相切，水流流出圆弧曲面（5）进入椭圆曲面（4），最终大部分水流经喇叭口（2）、喇叭管进入水泵，且流入喇叭口（2）时，水流的流线与喇叭口（2）垂直，少部分水流绕过防振装置（3）在碰到后壁后反折，沿着防振装置（3）侧壁上的凹槽（6）经喇叭口（2）、喇叭管进入水泵。

6.根据权利要求5所述的一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振方法，其特征是：所述凹槽（6）个数为6~8个。

7.根据权利要求5所述的一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振方法，其特征是：所述防振装置与进水池底板同时浇筑或提前预制。

8.根据权利要求5所述的一种基于提高水力稳定性的凹槽式喇叭状防振方法，其特征是：所述防振装置（3）中，防振装置（3）的高为喇叭口（2）直径的0.54 ~0.72倍；防振装置（3）的上底面直径为喇叭口（2）直径的0.15~0.35倍；防振装置（3）的下底面为喇叭口（2）直径的0.8~1.2 倍；椭圆曲面（4）的椭圆曲面母线方程为：，其中a=，b=，D为喇叭口（2）的直径；圆弧曲面（5）的圆弧曲面母线半径为喇叭口（2）直径的0.40~0.50倍；凹槽（6）的宽度为喇叭口（2）直径的，凹槽（6）的槽深与凹槽（6）的宽度相同。