本發(fā)明屬于水利工程、市政工程泵站技術領域，具體涉及一種改善城市雨水泵站進水流態(tài)的組合式整流裝置。

背景技術：

在城市排水系統(tǒng)中設置雨水泵站，對預防城市內澇的發(fā)生具有重要的作用。城市雨水泵站主要包括雨水總管、閘門井、進水箱涵、格柵井、集水池等進水建筑物。由于受城市規(guī)劃、地形、規(guī)模等條件的限制，雨水泵站需要盡量減少占地面積以及對周邊環(huán)境的影響。因此，城市雨水泵站進水建筑物結構往往尺寸偏小、偏緊，且難以按照泵站設計規(guī)范中水力條件良好的要求進行布置，由此容易造成泵站進水條件不佳、建筑物內存在主流居中、偏流、回流等不良流態(tài)，嚴重影響泵站的安全穩(wěn)定運行。

目前，對于泵站進水建筑物內不良流態(tài)的改善，主要通過在集水池中設置底坎、導流墩、壓水板、立柱等整流裝置措施。但是，對于結構過于緊湊的城市雨水泵站，特別是當雨水總管采用斜向進流形式時，泵站進水系統(tǒng)普遍存在閘門井內主流居中、進水箱涵內水流流速分布不均、集水池進水偏流等一系列水力流動問題。而此時，僅通過在集水池內設置傳統(tǒng)整流裝置措施的方法，往往難以保證城市雨水泵站良好的進水條件及其運行的安全性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提出一種能夠有效改善城市雨水泵站閘門井內主流居中、進水箱涵內水流流速分布不均以及集水池進水偏流等一系列復雜不良進水流態(tài)的組合式整流裝置。

本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種改善城市雨水泵站進水流態(tài)的組合式整流裝置，所述整流裝置設置于閘門井內，閘門井設置于雨水總管和進水箱涵之間，閘門井的半徑為R，所述整流裝置包括橫梁、主分流導流墩、上分流導流墩和下分流導流墩；

沿閘門井的深度方向、位于閘門井的中心位置設置多根相同的橫梁，每個橫梁的長度L1=2R，橫梁的寬度B1=(0.05~0.2)R，橫梁的高度H1=(0.05~0.1)R，各橫梁之間的間距H2=(0.02~0.2)R，底部橫梁距離閘門井的底部高程H3=(0.1~0.4)R；

多根橫梁上朝向進水箱涵的一側垂直橫梁設置有一上分流導流墩，上分流導流墩的長度L2=(0.1~0.4)R，上分流導流墩的寬度B3=(0.05~0.2)R，所述上分流導流墩頭部修圓且朝向進水箱涵，其中心線與進水箱涵上側進水孔的中心線重合；

多根橫梁上朝向雨水總管的一側設置有一個主分流導流墩和一個下分流導流墩，所述主分流導流墩設置于橫梁的中心位置，所述主分流導流墩頭部修圓，其中心線與雨水總管中心線重合，且兩者與進水箱涵的中心線夾角相同，均為β；主分流導流墩與雨水總管出口的間距W=(0.05~0.3)R，主分流導流墩的寬度B2=(0.05~0.2)R，主分流導流墩的一側邊與雨水總管的中心線平行，主分流導流墩的另一側邊前段部分先與雨水總管中心線平行，后經圓弧過渡至與進水箱涵側壁齊平并垂直交于橫梁；

下分流導流墩垂直于橫梁，所述下分流導流墩的頭部修圓且朝向雨水總管，所述下分流導流墩的長度為L3=(0.1~0.4)R，寬度B4=(0.05~0.2)R，所述下分流導流墩的中心線與進水箱涵下側進水孔的中心線重合；

上分流導流墩的高度、主分流導流墩的高度和下分流導流墩的高度均相等，以上所述主分流導流墩、上分流導流墩以及下分流導流墩的頂部高程均與閘門井內的最高水位齊平。

橫梁、主分流導流墩、上分流導流墩以及下分流導流墩為金屬結構或混凝土結構。

以上所述橫梁、主分流導流墩以及上、下分流導流墩發(fā)揮其各自最優(yōu)整流效果時的位置及結構尺寸可根據(jù)實際泵站工程運行情況，采用三維流動數(shù)值模擬方法進行研究確定，并利用水工模型試驗方法對數(shù)值模擬研究結果進行驗證；所述組合梁沿垂線方向上水平布置若干橫梁，橫梁置于閘門井中部且面向進水箱涵；所述組合梁中橫梁的數(shù)目、寬度、高度、橫梁間距以及距離閘門井底部的高程均可在一定范圍內進行調整，以適應不同城市雨水泵站的實際情況。所述組合梁、主分流導流墩、上分流導流墩以及下分流導流墩的結構和位置尺寸均用以閘門井半徑R為基準的相對值表示，將這些相對值乘以閘門井半徑R即可得到應用本發(fā)明的實際尺寸。

作為優(yōu)選實施例，所述的改善城市雨水泵站進水流態(tài)的組合式整流裝置，沿閘門井的深度方向、位于閘門井的中心位置設置3根相同的橫梁，閘門井的半徑為5.0m，雨水總管與進水箱涵中心線夾角β為20°，各橫梁的長度為10m，寬度為0.6m，高度為0.5m，各橫梁間距為0.35m，橫梁距離閘門井的底部高程為1.1m；上分流導流墩的高度為4.0 m。

主分流導流墩與雨水總管出口的間距為1m，寬度為0.3m，主分流導流墩的高度為4.0 m；上分流導流墩長度為1m、寬度為0.3m，上分流導流墩的高度為4.0 m；下分流導流墩長度為0.08m、寬度為0.3m，下分流導流墩的高度為4.0 m。

采用基于計算流體動力學理論的數(shù)值模擬方法研究所述城市雨水泵站內的三維流場，分析存在的不良流態(tài)及其產生位置區(qū)域，在所述城市雨水泵站不同運行水位、不同開機組合以及不同流量工況的條件下，尋求可以顯著改善泵站進水系統(tǒng)中不良水力流態(tài)的組合式整流裝置各組成部分的布置形式及結構尺寸，再經水工模型試驗的方法對數(shù)值模擬研究的結果進行驗證；水工模型試驗結果表明，本發(fā)明可有效改善城市雨水泵站閘門井主流居中、進水箱涵水流流速分布不均以及集水池進水偏流等不良進水流態(tài)，對于保證城市雨水泵站的安全、可靠、穩(wěn)定運行具有重要的意義和工程應用價值。

本發(fā)明采用上述結構后的有益效果：

本發(fā)明中的組合式整流裝置能夠將雨水總管進入閘門井內的水流流速分布在水平和立面上進行有效均化，使得流入泵站進水箱涵及集水池內的水流得到均化，從而可以有效解決閘門井內主流居中、進水箱涵水流流速分布不均、集水池進水偏流等一系列不良的水力流動問題，保障了城市雨水泵站具有良好的進水流態(tài)，對于確保泵站及水泵機組的安全高效穩(wěn)定運行具有重要的意義。

本發(fā)明所提供的整流裝置結構簡單、容易制作且造價成本較低，對于結構緊湊的城市雨水泵站工程無需額外增加用地面積，便于在城市雨水泵站工程及類似水利工程的建設與改造中推廣應用。

附圖說明

圖1a是本發(fā)明在閘門井內的平面布置示意圖；

圖1b是本發(fā)明在閘門井內的立面布置示意圖；

圖2a是本發(fā)明的平面尺寸示意圖；

圖2b是本發(fā)明的立面尺寸示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的泵站進水建筑物平面布置示意圖；

圖4是采用本發(fā)明前后閘門井內的三維流線對比圖；

圖5是采用本發(fā)明前后進水箱涵下側進水孔速度分布對比圖；

圖6是采用本發(fā)明前后進水箱涵上側進水孔速度分布對比圖；

圖中：1-橫梁、2-主分流導流墩、3-上分流導流墩、4-下分流導流墩、5-雨水總管、6-閘門井、7-進水箱涵、8-進水箱涵上側進水孔、9-進水箱涵下側進水孔、10-進水箱涵上側隔墩、11-進水箱涵下側隔墩、12-集水池、13-水泵機組。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如圖1a所示，本發(fā)明一種改善城市雨水泵站進水流態(tài)的組合式整流裝置設置于閘門井6內，閘門井6設置于雨水總管5和進水箱涵7之間，閘門井的半徑為R。本發(fā)明所述的組合式整流裝置實際為組合梁，組合梁包括橫梁1、主分流導流墩2、上分流導流墩3和下分流導流墩4。

如圖1a 、2a所示，閘門井6中心位置、即直徑方向上設置本發(fā)明，如圖1b和2b所示，沿閘門井6的深度方向、位于閘門井6的中心位置設置3~6根相同的橫梁1，每個橫梁的長度L1=2R，橫梁的寬度B1=(0.05~0.2)R，橫梁的高度H1=(0.05~0.1)R，各橫梁之間的間距H2=(0.02~0.2)R，底部橫梁距離閘門井6的底部高程H3=(0.1~0.4)R。多根橫梁上朝向進水箱涵7的一側垂直橫梁設置有一上分流導流墩3，上分流導流墩的長度L2=(0.1~0.4)R，上分流導流墩的寬度B3=(0.05~0.2)R；如圖2a和圖3所示，所述上分流導流墩頭部修圓且其中心線與進水箱涵上側進水孔8的中心線重合。

多根橫梁上朝向雨水總管5的一側設置有一個主分流導流墩2和一個下分流導流墩4，所述主分流導流墩2設置于橫梁的中心位置，所述主分流導流墩頭部修圓，其中心線與雨水總管5中心線重合，且兩者與進水箱涵7的中心線夾角相同，均為β；主分流導流墩與雨水總管5出口的間距W=(0.05~0.3)R，主分流導流墩的寬度B2=(0.05~0.2)R，主分流導流墩的一側邊與雨水總管的中心線平行，主分流導流墩的另一側邊前段部分先與雨水總管5中心線平行，后經圓弧過渡至與進水箱涵7側壁齊平并垂直交于橫梁。

下分流導流墩4垂直交于橫梁，所述下分流導流墩4的頭部修圓且面向雨水總管，所述下分流導流墩的長度為L3=(0.1~0.4)R，寬度B4=(0.05~0.2)R；如圖2a和圖3所示，所述下分流導流墩4的中心線與進水箱涵下側進水孔9的中心線在平面上對齊。

上分流導流墩的高度、主分流導流墩的高度和下分流導流墩的高度均為H4，以上所述主分流導流墩2、上分流導流墩3以及下分流導流墩4的頂部高程均與閘門井6內的最高水位齊平。

本發(fā)明中因為雨水總管中的進水方向一定，故雨水總管出口位置唯一，雨水順著主分流導流墩流向橫梁，故最先接觸水流的主分流導流墩的部分被命名為主分流導流墩的前段部分，相應地后接觸水流的部分被命名為主分流導流墩的后段部分，最先接觸水流的下分流導流墩的部分被命名為頭部，同理主分流導流墩的頭部，上分流導流墩的頭部。

以上所述組合梁1、主分流導流墩2、上分流導流墩3以及下分流導流墩4發(fā)揮其各自最優(yōu)整流效果時的具體位置及結構尺寸可根據(jù)實際泵站工程運行情況，采用三維流動數(shù)值模擬方法進行研究確定，并利用水工模型試驗方法對數(shù)值模擬研究結果進行驗證。

以上所述組合梁1、主分流導流墩2、上分流導流墩3以及下分流導流墩4為金屬結構或混凝土結構，可在泵站工程建設或改造現(xiàn)場進行焊接或澆筑成型。

實施例

如圖3所示，采用斜向進流形式的某城市雨水泵站，其進水建筑物包括雨水總管5、閘門井6、進水箱涵7、進水箱涵上側隔墩10、進水箱涵下側隔墩11、進水箱涵上側進水孔8、進水箱涵下側進水孔9、集水池12、水泵機組13，以及設置于閘門井6中、由橫梁1、主分流導流墩2、上分流導流墩3以及下分流導流墩4構成的組合式整流裝置。該泵站閘門井半徑R為5.0m，雨水總管與進水箱涵中心線夾角β為20°。各橫梁的長度為10m，寬度為0.6m，高度為0.5m，各橫梁間距為0.35m，橫梁距離閘門井的底部高程為1.1m。主分流導流墩2頭部修圓，其中心線與雨水總管5中心線在平面方向上對齊；主分流導流墩2的一側邊與雨水總管5的中心線平行，而另一側邊前段部分先與雨水總管5中心線平行，后經圓弧過渡至與進水箱涵7側壁齊平并垂直交于組合梁1；主分流導流墩2與雨水總管5出口的間距為1m，寬度為0.3m。上分流導流墩3長度為1m、寬度為0.3m且垂直交于組合梁1，上分流導流墩2頭部修圓且其中心線與進水箱涵7上側進水孔8的中心線在平面上對齊。下分流導流墩4長度為0.08m、寬度為0.3m且垂直交于組合梁1，其中心線與進水箱涵7下側進水孔9的中心線在平面上對齊。主分流導流墩2、上分流導流墩3以及下分流導流墩4的高度均為4.0 m。

橫梁1、主分流導流墩2、上分流導流墩3以及下分流導流墩4采用混凝土現(xiàn)場制作。

如圖4所示，采用三維流動數(shù)值模擬方法，對比分析采用本發(fā)明上述實施例的組合式整流裝置進行整流前后，閘門井內的流動情況可以發(fā)現(xiàn)，主分流導流墩2可將雨水總管5進入閘門井6的主流在水平方向進行分流，后經組合梁1再進行立面流速均化，上分流導流墩3和下分流導流墩4再次將平面水流流速進行二次均化，從而能夠有效解決閘門井內主流居中的問題。

如圖5、6所示，對比整流前后進水箱涵進水孔的速度分布可以看出，經本發(fā)明整流后的進水箱涵進口速度變得均化了，進一步保證進水箱涵內、調節(jié)池內的流速變得均勻，說明本發(fā)明所提出的組合式整流裝置顯著提高了進水箱涵流速分布的均勻性，能夠解決進水箱涵內水流流速分布不均、集水池進水偏流等水力問題，進而可以保障城市雨水泵站進水系統(tǒng)具有良好的流態(tài)，確保泵站及水泵機組的安全、高效、穩(wěn)定運行。