[發明專利]一種消除大流量斜式軸流泵站出水流道偏流的方法

有效

• 申請號: 201610395695.7
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN105975729B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 陸林廣;陸偉剛;徐磊;練遠洋;施克鑫;洪飛
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙)32222
• 代理人: 許必元

技術領域

本發明屬于水利工程泵站技術領域，具體涉及一種消除大流量斜式軸流泵站出水流道偏流的方法，主要用于解決因出水流道內的水流嚴重偏流而導致的安裝在流道出口工作閘門上的拍門產生振動的問題。

背景技術

為了適應較低的揚程，一些大流量泵站采用傾斜安裝的軸流泵，其泵軸與水平線成一定角度的夾角α(α＝15°～45°)，與斜式進水流道和斜式出水流道配合使用。斜式出水流道均需設計成向下彎曲的形體，以便泵軸伸出流道與驅動電機聯結。

斜式出水流道的出口需設置液壓控制的工作閘門，用于在水泵機組停機時能快速下落截斷水流，防止水泵機組因水流倒流而發生飛逸。為防工作閘門失靈，還需在工作閘門外口設置事故閘門。由于大流量斜式軸流泵站出水流道出口斷面的寬度較大，為避免采用大寬度的閘門，通常在出水流道出口設置閘門處設置中隔墩，以便將大寬度閘門分為兩塊寬度較小的閘門。斜式出水流道常規中隔墩的長度根據滿足設置工作閘門和事故閘門的要求確定。

因為大流量泵站的軸流泵機組是在閉閘情況下啟動的，為防止水泵驅動電機在啟動過程中過載，常用的方法是在工作閘門上開設2～4扇拍門。在水泵機組的啟動階段，工作閘門尚未來得及開啟，但裝設在工作閘門上的拍門則可以在水流的撞擊下率先開啟，使水泵的啟動揚程降低，從而達到降低水泵軸功率、防止驅動電機過載的目的。

研究結果表明：在水泵運行過程中，由于從水泵導葉體流出的水流具有較大的環量，當旋轉的水流從彎曲的出水流道流過時，在水流慣性和離心力的共同作用下，流道內的水流發生顯著的偏流現象；面向出水流道出口向出水流道看，水泵的旋轉方向為順時針，流道內的主流偏向右側；偏流導致安裝在右側工作閘門上的拍門在不穩定水流的作用下產生較大的振動和對閘門的撞擊，發出巨大的聲響，嚴重影響到水泵機組的穩定運行。

發明內容

本發明的目的就是針對上述方法中的缺陷，根據研究得到的增加中隔墩長度可使流道內的水流從右偏改變為左偏的現象(面向出水流道出口向出水流道看，下同)，逐步增加中隔墩長度并尋求最適宜的中隔墩長度增加量，使斜式出水流道左右兩孔的出流均衡，從而達到解決流道出口偏流問題的目的。本發明的特征是：根據逐步增加斜式出水流道中隔墩長度可使流道出口的水流從右偏改變為左偏的現象，在斜式出水流道常規中隔墩長度的基礎上適當增加中隔墩長度，使斜式出水流道左右兩孔的出流均衡，從而解決因出水流道內的水流嚴重偏流而導致的安裝在流道出口工作閘門上的拍門產生振動的問題；采用CFD方法，對具有不同中隔墩長度增加量的斜式出水流道計算方案分別進行三維流場計算；根據三維流場數值模擬結果，計算所述各個方案左右兩孔的出流比，并繪制所述兩孔出流比與中隔墩長度增加量相對值(以水泵葉輪直徑D₀為基準值)之間的關系曲線；在該曲線上找到兩孔出流比為1時所對應的中隔墩長度增加量相對值并將其乘以D₀得到中隔墩長度增加量，將其作為最適宜的中隔墩長度增加量；在出水流道常規中隔墩長度的基礎上增加所得到的最適宜中隔墩長度增加量，構成所述大流量斜式軸流泵站擬采用的出水流道方案。本發明提供的方法對解決大流量斜式軸流泵站因出水流道內的水流嚴重偏流而導致的流道出口水流不穩定及拍門振動問題具有十分重要的意義。

為實現本發明的目的，采用如下技術方案：

1.經過深入研究，發現：采用常規中隔墩的斜式出水流道內的水流嚴重右偏；在常規中隔墩的基礎上適當增加中隔墩長度可減輕流道內水流右偏的程度；中隔墩長度增加過大，會使斜式出水流道內的水流從右偏改變為左偏；根據這一現象可尋求適宜的中隔墩長度增加量，以解決因斜式出水流道內的水流嚴重偏流而導致的安裝在流道出口工作閘門上的拍門產生振動的問題；

2.根據大流量斜式軸流泵站初步設計的斜式出水流道的幾何形體尺寸，在出水流道內設置常規長度的中隔墩，形成出水流道計算方案1；從所述斜式出水流道直線段的水平長度中扣除已有常規中隔墩的長度，將余下的部分分為n等份，每等份的長度為ΔL；在計算方案1的基礎上將中隔墩長度增加ΔL形成出水流道計算方案2；在計算方案2的基礎上將中隔墩長度增加ΔL形成出水流道計算方案3；依此類推，形成(n+1)個具有不同中隔墩長度的出水流道計算方案；

3.采用CFD方法對所述斜式出水流道各計算方案進行設計流量的三維流場數值模擬，根據流場數值模擬的結果分別計算流道左右兩孔的出流量；

4.所述出水流道三維流場數值模擬的邊界條件按以下方式給出：

(1)所述三維流場進口斷面的邊界條件為平均軸向流速和平均切向流速的迭加；