CN109056987A - 一种保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，在扇环形城市污水提升泵站集水池的前端设置由八字形导流墩和折形横梁构成的组合式整流装置，本发明利用八字形导流墩与折形横梁所构成的组合式整流装置以实现改善泵站集水池进水流态的作用，有效保障扇环形城市污水提升泵站各水泵机组来流在水平面上的流速分布均匀性以及在立面上的良好进水流态，对于确保泵站的安全、可靠、高效运行具有重要的工程应用价值。本发明的结构形式简单，容易施工制作，适于在采用扇环形泵房结构形式的城市污水提升泵站的设计与改造工程中推广使用。

Description

一种保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法

技术领域

本发明涉及水利工程市政雨污排水工程技术领域，特别是一种保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法。

背景技术

我国诸多城市的雨污水排放量随着城镇化进程的迅速发展而随之显著增加，城市及其周边水体污染问题将面临严峻挑战。为保护城市及其周边水体，避免城市水资源短缺问题出现，城市雨污水治理工程建设得到广泛重视。

污水提升泵站是城市雨污治理工程中的重要组成部分，为保证雨污水的正常输送发挥着重要作用。由于受到城市规划、管网布置等因素影响，城市污水提升泵站进水建筑物布置局促，有时难免会受到周边建筑、道路、桥梁等影响，而不得不采取扇环形泵房结构，容易造成泵房集水池进水流态不良，导致水泵进流均匀性变差，进而会对城市污水提升泵站的安全稳定运行产生负面影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，该保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法能利用八字形导流墩和折形横梁形成的组合式整流装置实现改善泵站集水池进水流态。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，通过在集水池前端设置组合式整流装置的方式，使得从进水箱涵流至集水池中水泵机组的进流均匀。

集水池沿扇环形城市污水提升泵站的外弧边缘布设，集水池的顶部横截面也呈扇环形；集水池的外弧边缘处均布有若干个水泵机组，集水池的内弧边缘底部设置有斜坡段。

进水箱涵沿周向布设在集水池内弧与扇环形城市污水提升泵站的内弧之间。

组合式整流装置包括八字形导流墩和折形横梁。

八字形导流墩的数量与进水箱涵的数量相等，每个八字形导流墩均包括两个呈八字形设置的导流墩，每个八字形导流墩均具有收拢口和扩散口；每个八字形导流墩的底部均固定设置在集水池的斜坡段上，每个八字形导流墩的收拢口均朝向对应的进水箱涵的中部，每个八字形导流墩的扩散口均朝向水泵机组。

每个集水池内均设置三根相互平行的折形横梁，三根折形横梁位于同一竖向平面内；每根折形横梁均从对应集水池中各组八字形导流墩中垂直穿过，且每根折形横梁的两端均与集水池的径向边壁垂直相接；位于最上部的折形横梁与八字形导流墩的顶部高程齐平。

假设集水池的个数为M，每个集水池的中心夹角为α，集水池两侧的径向边壁长度为L；则每个集水池所对应的进水箱涵的数量N=INT（α/20°），进水箱涵的宽度B=K1×(M×α/360°)×L，其中K1=0.85~0.9，进水箱涵的高度H=（0.2~0.3）L。

集水池中斜坡段的水平长度为L1=（0.2~0.3）L，斜坡段的坡角为θ=20°~30°。

八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2=（0.02~0.05）L，八字形导流墩的顶部高程与进水箱涵顶部高程相同，单个导流墩的长度L3=（0.2~0.3）L，八字形导流墩的收拢口的宽度B1=（0.2~0.4）B，八字形导流墩中两个导流墩的夹角β=K2×(α/N)，其中K2=0.6~1.0。

折形横梁的断面为矩形，断面的高度H1=（0.1~0.15）H，断面的宽度B2=（0.05~0.1）L3，相邻两根折形横梁的垂向间距从上至下依次为D1和D2，其中，D1=0.75H1，D2=H1。

集水池的个数M=2，集水池两侧的径向边壁长度L为9.0m、夹角α为40°，每个集水池所对应的进水箱涵的数量N为2、宽度B为1.8m、高度H为1.8m，集水池中斜坡段的水平长度L1为2.1m、斜坡段的坡角θ为25°，每个集水池所对应的八字形导流墩的组数N1为2，八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2为0.3m，单个导流墩的长度L3为2m，八字形导流墩的收拢口的宽度B1为0.6m、夹角β为15°，折形横梁数量S为3根，折形横梁矩形断面的高度H1为0.2m、八字形导流墩中两个导流墩的宽度B2为0.15m，相邻两根折形横梁的垂向间距D1为0.15m、D2为0.2m。

集水池的个数M=2，集水池两侧的径向边壁长度L为9.0m、夹角α为40°，每个集水池所对应的进水箱涵的数量N为2、宽度B为1.75m、高度H为2m，集水池中斜坡段的水平长度L1为1.8m、斜坡段的坡角θ为30°，每个集水池所对应的八字形导流墩的组数N1为2，八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2为0.18m，单个导流墩的长度L3为1.8m，八字形导流墩的收拢口的宽度B1为0.35m、夹角β为20°，折形横梁数量S为3根，折形横梁矩形断面的高度H1为0.2m、八字形导流墩中两个导流墩的宽度B2为0.09m，相邻两根折形横梁的垂向间距D1为0.15m、D2为0.2m。

集水池的个数M=2，集水池两侧的径向边壁长度L为9.0m、夹角α为40°，每个集水池所对应的进水箱涵的数量N为2、宽度B为1.7m、高度H为2.7m，集水池中斜坡段的水平长度L1为2.7m、斜坡段的坡角θ为20°，每个集水池所对应的八字形导流墩的组数N1为2，八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2为0.45m，单个导流墩的长度L3为2.7m，八字形导流墩的收拢口的宽度B1为0.68m、夹角β为12°，折形横梁数量S为3根，折形横梁矩形断面的高度H1为0.40m、八字形导流墩中两个导流墩的宽度B2为0.27m，相邻两根折形横梁的垂向间距D1为0.3m、D2为0.4m。

八字形导流墩和折形横梁为金属结构或钢筋混凝土结构。

本发明具有如下有益效果：

1.利用八字形导流墩和折形横梁形成的组合式整流装置实现改善泵站集水池进水流态的作用，有利于降低集水池表层流速且抑制横向流动，同时提高集水池底部流速，进而有效防止表面涡的产生，以及有效保障扇环形城市污水提升泵站各水泵机组来流在水平面上的流速分布均匀性和在立面上的良好进水流态，对于确保扇环形城市污水提升泵站的安全稳定高效运行具有重要的工程应用价值。

2.本发明的结构形式简单，容易施工制作，适于在采用扇环形泵房结构形式的城市污水提升泵站的设计与改造工程中推广使用。

附图说明

图1显示了本发明中组合式整流装置的平面布置示意图。

图2显示了本发明中组合式整流装置的平面结构尺寸示意图。

图3显示了本发明中组合式整流装置的立面结构尺寸示意图。

图4显示了本发明中整流前后各运行水泵机组进口前断面垂向平均流速分布对比图。

其中，图4中的4幅图分别表示如下：

图4a显示了整流前各运行水泵机组进口前断面垂向平均流速分布图。

图4b显示了实施例1整流后各运行水泵机组进口前断面垂向平均流速分布图。

图4c显示了实施例2整流后各运行水泵机组进口前断面垂向平均流速分布图。

图4d显示了实施例3整流后各运行水泵机组进口前断面垂向平均流速分布图。

其中有：1.集水池；2.进水箱涵；3.八字形导流墩；4.折形横梁；5.斜坡段；6.水泵机组。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，通过在集水池前端设置组合式整流装置的方式，使得从进水箱涵流至集水池中水泵机组的进流均匀。

集水池的数量M可以为一个，也可以为两个或三个以上等。

本发明中集水池1的数量M优选为两个，也即M=2。如图1所示，所有集水池均沿扇环形城市污水提升泵站的外弧边缘优选均匀布设，每个集水池的顶部横截面也呈扇环形。

集水池的中心夹角为α，α优选取值为40°。

集水池两侧的径向边壁长度为L，L优选取值为9.0m。

集水池的外弧边缘处均布有若干个水泵机组6，集水池的内弧边缘底部设置有斜坡段5。如图2和图3所示，集水池中斜坡段的水平长度为L1=（0.2~0.3）L，斜坡段的坡角为θ=20°~30°。

斜坡段的长度过长、角度过小会造成泵站集水池的容积减小，斜坡段的长度过短、角度过大会造成从进水箱涵出口流出的水流扩散角过大而引起回流等不良流态和引起水力损失过大。

另外，本发明中，外弧是指扇环形中弧长长度大的一段圆弧。

进水箱涵2沿周向布设在集水池内弧与扇环形城市污水提升泵站的内弧之间。进水箱涵的数量N=INT（α/20°），根据本申请人通过试验及数值模拟研究获得：每个集水池前端，20°左右布置一个进水箱涵有利于保证扇环形泵站集水池进水流量分配的均匀性。

进水箱涵的宽度B=K1×(M×α/360°)×L，其中K1=0.85~0.9，K1取值过小会引起进水箱涵过流流速太大而增大水力损失以及引起泵站集水池进流过于集中，K1取值太大会造成进水箱涵间的隔墙太薄而不容易满足结构强度使用要求。

进水箱涵的高度H=（0.2~0.3）L，进水箱涵高度过高不利于泵站集水池水泵机组的吸水、过低而引起过流水力损失增加和进流过于集中问题。

本发明中，每个集水池均优选对应两个进水箱涵。

组合式整流装置包括八字形导流墩3和折形横梁4，八字形导流墩和折形横梁为金属结构或钢筋混凝土结构，在扇环形城市污水提升泵站工程建设或改造现场进行焊接或浇筑成型。

八字形导流墩的数量与进水箱涵的数量相等，也即每个集水池所对应的八字形导流墩的组数优选为2个。每个八字形导流墩均包括两个呈八字形设置的导流墩，八字形的设置，沿流动方向为扩散型对于均化水流有益。

每个八字形导流墩均具有收拢口和扩散口。

如图3所示，每个八字形导流墩的底部均固定设置在集水池的斜坡段上，每个八字形导流墩的收拢口均朝向对应的进水箱涵的中部，每个八字形导流墩的扩散口均朝向水泵机组。

八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2=（0.02~0.05）L，间距过大会引起集水池不利于进水箱涵出口水流的扩散、间距太小则容易阻碍水流的进入。

八字形导流墩的顶部高程与进水箱涵顶部高程相同，以保证对从进水箱涵的出流均能受到导流墩的整流作用。单个导流墩的长度L3=（0.2~0.3）L，导流墩的长度过长会造成集水池的容积减小、过短则其整流作用将不显著。

八字形导流墩的收拢口的宽度B1=（0.2~0.4）B，本申请人研究分析表明两墩前端间距在满足0.2~0.4倍的进水箱涵出口宽度对于水流扩散作用比较显著。八字形导流墩中两个导流墩的夹角β=K2×(α/N)，其中K2=0.6~1.0，角度过小则不利于导流墩的扩散作用、角度过大则会造成导流墩近壁流动分离进而造成不良流态和水力损失增加。

每个集水池内均设置三根相互平行的折形横梁，横梁数量太多容易引起较大水力损失、数量太少则不利于调整水流。

三根折形横梁均优选弯折成与集水池的内弧或外弧相平行的状态，且三根折形横梁位于同一竖向平面内。每根折形横梁均从对应集水池中各组八字形导流墩中垂直穿过，且每根折形横梁的两端均与集水池的径向边壁垂直相接；位于最上部的折形横梁与八字形导流墩的顶部高程齐平。

如图3所示，折形横梁的断面为矩形，断面的高度H1=（0.1~0.15）H，高度过小对水流的整流效果不佳、过大会造成过流截面减小。断面的宽度B2=（0.05~0.1）L3，横梁的宽度过小则其结构强度不够、宽度过大占据过多集水池的容积且增加制作成本。

相邻两根折形横梁的垂向间距从上至下依次为D1和D2，其中，D1=0.75H1，D2=H1。上部两折形横梁间距小、下部弧形梁横的间距偏大有助于压低主流从而有利于水泵机组吸水。

本发明中，水流从进水箱涵出口流出，受到八字形导流墩整流作用在平面上均匀扩散，同时在折形横梁整流作用下平面均匀扩散水流在立面上表现为底部流速偏大、表层流速较低的分布规律；通过提高集水池底部流速、降低集水池表层流速，可有效防止表面涡的产生、有利于保障扇环形城市污水提升泵站各水泵机组来流在水平面上的流速分布均匀性和在立面上的良好进水流态，进而对于确保扇环形城市污水提升泵站的安全稳定高效运行具有重要的工程应用价值。

实施例1

集水池的个数M=2，集水池两侧的径向边壁长度L=9.0m、夹角α=40°，每个集水池所对应的进水箱涵2的数量N=2、宽度B=K1×(α/360)×L=1.8m且K1=0.9、高度H=0.2L=1.8m，集水池中斜坡段的水平长度L1=0.233L=2.1m、坡角θ=25°，每个集水池所对应的八字形导流墩3组数N1=2，八字形导流墩3前端正对进水箱涵2的出口且两者间距 L2=0.0333L=0.3m，单个导流墩的长度L3=0.222L=2m，八字形导流墩3两墩前端间距B1=0.333B=0.6m、夹角β=15°且K2=0.75，折形横梁4数量S=3根，折形横梁4矩形断面的高度H1=0.111H=0.2m、宽度B2=0.075L3=0.15m，相邻两横梁垂向间距D1=0.75H1=0.15m、D2=H1=0.2m；八字形导流墩3和多折形横梁4采用金属材料制作。

实施例2

本实施例所述的组合式整流装置，与实施例1不同之处在于：进水箱涵2的宽度B=1.75m且K1=0.875、高度H=0.222L=2m，集水池中斜坡段的水平长度L1=0.2L=1.8m、坡角θ=30°，八字形导流墩3的前端与进水箱涵2的出口间距L2=0.02L=0.18m，单个导流墩的长度L3=0.2L=1.8m，八字形导流墩3两墩前端间距B1=0.2B=0.35m、夹角β=20°且K2=1.0，多层折形横梁4矩形断面的高度H1=0.1H=0.2m、宽度B2=0.05L3=0.09m，相邻两横梁的垂向间距D1=0.75H1=0.15m、D2=H1=0.2m；字形导流墩3和折形横梁4采用钢筋混凝土材料制作。

实施例3

本实施例所述的组合式整流装置，与实施例1和2不同之处在于：进水箱涵2的宽度B=1.7m且K1=0.85、高度H=0.3L=2.7m，进水箱涵2出口至集水池1底部斜坡段5的水平长度L1=0.3L=2.7m、坡角θ=20°，八字形导流墩3的前端与进水箱涵2的出口间距L2=0.05L=0.45m，单个导流墩的长度L3=0.3L=2.7m，八字形导流墩3两墩前端间距B1=0.4B=0.68m、夹角β=12°且K2=0.6，折形横梁4矩形断面的高度H1=0.148H=0.4m、宽度B2=0.1L3=0.27m，相邻两横梁的垂向间距D1=0.75H1=0.3m、D2=H1=0.4m。

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组合式整流装置进行整流前、后各水泵进口前过流断面垂向平均流速分布的情况，其中图4中流速的单位为m/s。

图4a是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，可以发现，各水泵进口的流速分布非常不均匀，这是因为从泵站进水箱涵进入集水池内的水流主流集中导致的。

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组合式整流装置能够显著改善水泵的进流条件，保障了各水泵机组进流流速分布均匀性，有助于确保泵站及水泵机组的安全、高效、稳定运行。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：通过在集水池前端设置组合式整流装置的方式，使得从进水箱涵流至集水池中水泵机组的进流均匀；

集水池沿扇环形城市污水提升泵站的外弧边缘布设，集水池的顶部横截面也呈扇环形；集水池的外弧边缘处均布有若干个水泵机组，集水池的内弧边缘底部设置有斜坡段；

进水箱涵沿周向布设在集水池内弧与扇环形城市污水提升泵站的内弧之间；

组合式整流装置包括八字形导流墩和折形横梁；

八字形导流墩的数量与进水箱涵的数量相等，每个八字形导流墩均包括两个呈八字形设置的导流墩，每个八字形导流墩均具有收拢口和扩散口；每个八字形导流墩的底部均固定设置在集水池的斜坡段上，每个八字形导流墩的收拢口均朝向对应的进水箱涵的中部，每个八字形导流墩的扩散口均朝向水泵机组；

每个集水池内均设置三根相互平行的折形横梁，三根折形横梁位于同一竖向平面内；每根折形横梁均从对应集水池中各组八字形导流墩中垂直穿过，且每根折形横梁的两端均与集水池的径向边壁垂直相接；位于最上部的折形横梁与八字形导流墩的顶部高程齐平。

2.根据权利要求1所述的保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：假设集水池的个数为M，每个集水池的中心夹角为α，集水池两侧的径向边壁长度为L；则每个集水池所对应的进水箱涵的数量N=INT（α/20°），进水箱涵的宽度B=K1×(M×α/360°)×L，其中K1=0.85~0.9，进水箱涵的高度H=（0.2~0.3）L。

3.根据权利要求2所述的保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：集水池中斜坡段的水平长度为L1=（0.2~0.3）L，斜坡段的坡角为θ=20°~30°。

4.根据权利要求2或3所述的保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2=（0.02~0.05）L，八字形导流墩的顶部高程与进水箱涵顶部高程相同，单个导流墩的长度L3=（0.2~0.3）L，八字形导流墩的收拢口的宽度B1=（0.2~0.4）B，八字形导流墩中两个导流墩的夹角β=K2×(α/N)，其中K2=0.6~1.0。

5.根据权利要求3所述的保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：折形横梁的断面为矩形，断面的高度H1=（0.1~0.15）H，断面的宽度B2=（0.05~0.1）L3，相邻两根折形横梁的垂向间距从上至下依次为D1和D2，其中，D1=0.75H1，D2=H1。

6.根据权利要求5所述的保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：集水池的个数M=2，集水池两侧的径向边壁长度L为9.0m、夹角α为40°，每个集水池所对应的进水箱涵的数量N为2、宽度B为1.8m、高度H为1.8m，集水池中斜坡段的水平长度L1为2.1m、斜坡段的坡角θ为25°，每个集水池所对应的八字形导流墩的组数N1为2，八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2为0.3m，单个导流墩的长度L3为2m，八字形导流墩的收拢口的宽度B1为0.6m、夹角β为15°，折形横梁数量S为3根，折形横梁矩形断面的高度H1为0.2m、八字形导流墩中两个导流墩的宽度B2为0.15m，相邻两根折形横梁的垂向间距D1为0.15m、D2为0.2m。

7.根据权利要求5所述的保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：集水池的个数M=2，集水池两侧的径向边壁长度L为9.0m、夹角α为40°，每个集水池所对应的进水箱涵的数量N为2、宽度B为1.75m、高度H为2m，集水池中斜坡段的水平长度L1为1.8m、斜坡段的坡角θ为30°，每个集水池所对应的八字形导流墩的组数N1为2，八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2为0.18m，单个导流墩的长度L3为1.8m，八字形导流墩的收拢口的宽度B1为0.35m、夹角β为20°，折形横梁数量S为3根，折形横梁矩形断面的高度H1为0.2m、八字形导流墩中两个导流墩的宽度B2为0.09m，相邻两根折形横梁的垂向间距D1为0.15m、D2为0.2m。

8.根据权利要求5所述的保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：集水池的个数M=2，集水池两侧的径向边壁长度L为9.0m、夹角α为40°，每个集水池所对应的进水箱涵的数量N为2、宽度B为1.7m、高度H为2.7m，集水池中斜坡段的水平长度L1为2.7m、斜坡段的坡角θ为20°，每个集水池所对应的八字形导流墩的组数N1为2，八字形导流墩的收拢口与进水箱涵的出口之间的间距L2为0.45m，单个导流墩的长度L3为2.7m，八字形导流墩的收拢口的宽度B1为0.68m、夹角β为12°，折形横梁数量S为3根，折形横梁矩形断面的高度H1为0.40m、八字形导流墩中两个导流墩的宽度B2为0.27m，相邻两根折形横梁的垂向间距D1为0.3m、D2为0.4m。

9.根据权利要求1所述的保障扇环形城市污水提升泵站集水池进流均匀的方法，其特征在于：八字形导流墩和折形横梁为金属结构或钢筋混凝土结构。