[發明專利]一種用于低揚程泵站出水流道糾偏消渦方法及其應用

在審

• 申請號: 201811522090.5
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109630466A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 徐磊;顏士開;施偉;劉軍;陸林廣;陸偉剛;金玉杰;王東偉
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: F04D29/40
• 分類號: F04D29/40;F04D29/66
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

本發明公開了一種用于低揚程泵站出水流道糾偏消渦方法，屬于水利工程泵站技術領域。本發明的特征是：基于消減低揚程泵站出水流道進口環量的原理進行出水流道的糾偏消渦；在進口彎曲段均勻設置垂直相交的m塊橫向導流板和n塊豎向導流板；橫向導流板的兩端與左右邊壁焊接，豎向導流板的兩端與上下邊壁焊接；導流板的頭部距泵軸邊緣0.1～0.3m，導流板的尾部位于進口彎曲段的出口斷面處；采用三維流場數值模擬方法，以左右孔偏流系數λ、旋渦體積V和流道水頭損失Δh為評價指標，計算橫向導流板和豎向導流板的數量達到糾偏消渦的目標。本發明還公開了上述糾偏消渦方法在斜式出水流道或者低駝峰式出水流道的應用。

技術領域

本發明屬于水利工程泵站技術領域，具體涉及一種用于低揚程泵站出水流道糾偏消渦方法及其應用，主要用于消除大型低揚程泵站出水流道內的偏流及旋渦，解決由此引發的出水流道內流態不穩定問題。

背景技術

大型低揚程泵站廣泛用于平原地區水資源調配、水環境改善、農業灌溉和城市防洪等領域。在低揚程泵站應用較多的立式泵裝置和斜式泵裝置中，與水泵導葉體連接的出水流道均呈彎曲形狀。立式泵裝置的低駝峰式出水流道需作大于90°的彎曲，斜式泵裝置中的斜式出水流道則需作先向上、后向下、再向上的“S”形彎曲。

立式泵裝置和斜式泵裝置的出水流道依次分為進口彎曲段、中部擴散段和出口直線段，進口彎曲段為采用鋼板加工成形的薄壁結構，中部擴散段和出口直線段采用混凝土澆筑成形。由于低揚程泵站流量大，其出水流道的寬度也大，為控制閘門在啟閉過程中的平衡，需在出水流道出口直線段的中部設置中隔墩，以便將寬度較大的閘門分為兩扇寬度較小的閘門。順水流方向看，所述中隔墩將大型低揚程泵站出水流道等分為左側出水孔和右側出水孔。

低揚程泵站立式泵裝置和斜式泵裝置中，出水流道進口與水泵導葉體出口連接，由于流出導葉體的水流仍具有較大環量，水流呈螺旋狀進入出水流道。研究發現：所述出水流道內的主流明顯偏向左側出水孔，同時在出水流道的右側區域產生較大范圍的旋渦。這種流態導致出水流道左、右兩孔的出流量相差很大，并造成出水流道內的水流運動不穩定，嚴重影響到泵站的安全穩定運行。

發明內容

本發明是針對低揚程泵站立式泵裝置和斜式泵裝置出水流道內存在的偏流及旋渦問題，提供一種用于低揚程泵站出水流道糾偏消渦方法及其應用，以達到糾正出水流道內左右偏流、消除出水流道內旋渦的目的。經研究分析，發現：從水泵導葉體流出的旋轉水流作用于彎曲的出水流道是出水流道出現偏流的根本原因。

本發明的特征是：基于消減低揚程泵站出水流道進口環量的原理進行出水流道的糾偏消渦；引入出水流道左、右孔偏流系數λ作為衡量出水流道偏流程度的指標，將流道內的旋渦體積V作為出水流道旋渦大小的考核指標，將流道水頭損失Δh作為出水流道能量性能的考核指標；在出水流道的進口彎曲段內均勻設置m塊橫向導流板和n塊豎向導流板，橫向導流板和豎向導流板垂直相交；橫向導流板的兩端與進口彎曲段的左右兩邊壁焊接，豎向導流板的兩端與進口彎曲段的上下兩邊壁焊接，橫向導流板與豎向導流板相交處焊接；所述橫向導流板和豎向導流板的厚度均為0.02D₀，D₀為低揚程泵站采用的水泵葉輪直徑，橫向導流板和豎向導流板的頭部均為半圓形，橫向導流板和豎向導流板的尾部均為流線型；所述導流板的頭部距泵軸邊緣0.1～0.3m，以不影響泵軸的轉動，所述導流板的尾部位于進口彎曲段的出口斷面處；

采用數值計算方法對設置導流板的出水流道進行三維流場數值模擬，計算左右孔偏流系數λ、旋渦體積V和流道水頭損失Δh，以左右孔偏流系數λ、旋渦體積V、流道水頭損失Δh為定量指標，用以綜合評價設置導流板的效果；通過計算調整橫向導流板和豎向導流板的數量，實現偏流系數盡可能接近于1、旋渦體積V盡可能小和流道水頭損失Δh盡可能小的糾偏消渦目標。本發明提供的低揚程泵站出水流道導流板及其設計方法能夠有效糾正出水流道內的偏流現象、消除流道內的旋渦和減小流道水頭損失，保障低揚程泵站的安全穩定運行。

為實現本發明的目的，一種用于低揚程泵站出水流道糾偏消渦方法采用下技術方案：