[发明专利]一种用于低扬程泵站出水流道纠偏消涡方法及其应用

说明书

本发明公开了一种用于低扬程泵站出水流道纠偏消涡方法，属于水利工程泵站技术领域。本发明的特征是：基于消减低扬程泵站出水流道进口环量的原理进行出水流道的纠偏消涡；在进口弯曲段均匀设置垂直相交的m块横向导流板和n块竖向导流板；横向导流板的两端与左右边壁焊接，竖向导流板的两端与上下边壁焊接；导流板的头部距泵轴边缘0.1～0.3m，导流板的尾部位于进口弯曲段的出口断面处；采用三维流场数值模拟方法，以左右孔偏流系数λ、旋涡体积V和流道水头损失Δh为评价指标，计算横向导流板和竖向导流板的数量达到纠偏消涡的目标。本发明还公开了上述纠偏消涡方法在斜式出水流道或者低驼峰式出水流道的应用。

技术领域

本发明属于水利工程泵站技术领域，具体涉及一种用于低扬程泵站出水流道纠偏消涡方法及其应用，主要用于消除大型低扬程泵站出水流道内的偏流及旋涡，解决由此引发的出水流道内流态不稳定问题。

背景技术

大型低扬程泵站广泛用于平原地区水资源调配、水环境改善、农业灌溉和城市防洪等领域。在低扬程泵站应用较多的立式泵装置和斜式泵装置中，与水泵导叶体连接的出水流道均呈弯曲形状。立式泵装置的低驼峰式出水流道需作大于90°的弯曲，斜式泵装置中的斜式出水流道则需作先向上、后向下、再向上的“S”形弯曲。

立式泵装置和斜式泵装置的出水流道依次分为进口弯曲段、中部扩散段和出口直线段，进口弯曲段为采用钢板加工成形的薄壁结构，中部扩散段和出口直线段采用混凝土浇筑成形。由于低扬程泵站流量大，其出水流道的宽度也大，为控制闸门在启闭过程中的平衡，需在出水流道出口直线段的中部设置中隔墩，以便将宽度较大的闸门分为两扇宽度较小的闸门。顺水流方向看，所述中隔墩将大型低扬程泵站出水流道等分为左侧出水孔和右侧出水孔。

低扬程泵站立式泵装置和斜式泵装置中，出水流道进口与水泵导叶体出口连接，由于流出导叶体的水流仍具有较大环量，水流呈螺旋状进入出水流道。研究发现：所述出水流道内的主流明显偏向左侧出水孔，同时在出水流道的右侧区域产生较大范围的旋涡。这种流态导致出水流道左、右两孔的出流量相差很大，并造成出水流道内的水流运动不稳定，严重影响到泵站的安全稳定运行。

发明内容

本发明是针对低扬程泵站立式泵装置和斜式泵装置出水流道内存在的偏流及旋涡问题，提供一种用于低扬程泵站出水流道纠偏消涡方法及其应用，以达到纠正出水流道内左右偏流、消除出水流道内旋涡的目的。经研究分析，发现：从水泵导叶体流出的旋转水流作用于弯曲的出水流道是出水流道出现偏流的根本原因。

本发明的特征是：基于消减低扬程泵站出水流道进口环量的原理进行出水流道的纠偏消涡；引入出水流道左、右孔偏流系数λ作为衡量出水流道偏流程度的指标，将流道内的旋涡体积V作为出水流道旋涡大小的考核指标，将流道水头损失Δh作为出水流道能量性能的考核指标；在出水流道的进口弯曲段内均匀设置m块横向导流板和n块竖向导流板，横向导流板和竖向导流板垂直相交；横向导流板的两端与进口弯曲段的左右两边壁焊接，竖向导流板的两端与进口弯曲段的上下两边壁焊接，横向导流板与竖向导流板相交处焊接；所述横向导流板和竖向导流板的厚度均为0.02D₀，D₀为低扬程泵站采用的水泵叶轮直径，横向导流板和竖向导流板的头部均为半圆形，横向导流板和竖向导流板的尾部均为流线型；所述导流板的头部距泵轴边缘0.1～0.3m，以不影响泵轴的转动，所述导流板的尾部位于进口弯曲段的出口断面处；

采用数值计算方法对设置导流板的出水流道进行三维流场数值模拟，计算左右孔偏流系数λ、旋涡体积V和流道水头损失Δh，以左右孔偏流系数λ、旋涡体积V、流道水头损失Δh为定量指标，用以综合评价设置导流板的效果；通过计算调整横向导流板和竖向导流板的数量，实现偏流系数尽可能接近于1、旋涡体积V尽可能小和流道水头损失Δh尽可能小的纠偏消涡目标。本发明提供的低扬程泵站出水流道导流板及其设计方法能够有效纠正出水流道内的偏流现象、消除流道内的旋涡和减小流道水头损失，保障低扬程泵站的安全稳定运行。

为实现本发明的目的，一种用于低扬程泵站出水流道纠偏消涡方法采用下技术方案：