一種水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于水利工程泵站技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水力性能優(yōu)異的虹吸式出 水流道及其應(yīng)用方法，主要用于指導(dǎo)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道， 保證每座大中型立式泵站虹吸式出水流道設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 大中型立式低揚(yáng)程泵站在我國(guó)的應(yīng)用十分廣泛，虹吸式出水流道是立式低揚(yáng)程泵 站最常用的出水流道，其作用是引導(dǎo)水流在從水泵導(dǎo)葉體出口流向出水池的過程中有序轉(zhuǎn) 向和擴(kuò)散，以盡可能多地減少出水流道水頭損失和回收水流動(dòng)能。設(shè)計(jì)水力性能優(yōu)異的虹 吸式出水流道是保證低揚(yáng)程泵站安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行的必要條件。虹吸式出水流道三維 形體復(fù)雜，傳統(tǒng)的水力設(shè)計(jì)方法采用基于一維理論的"平均流速法"，與流道內(nèi)實(shí)際的三維 湍流流動(dòng)差別很大，所設(shè)計(jì)的虹吸式出水流道不能引導(dǎo)水流有序轉(zhuǎn)向和擴(kuò)散，并可能引發(fā) 旋渦，導(dǎo)致流道內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定和產(chǎn)生較大水頭損失，嚴(yán)重影響到泵站的安全、穩(wěn)定和 尚效運(yùn)行。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)上述傳統(tǒng)方法的缺陷，提供了一種通過優(yōu)化水力設(shè)計(jì) 研宄得到的水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道及其應(yīng)用方法，用以確保實(shí)現(xiàn)泵站安全、穩(wěn)定 和高效運(yùn)行的目標(biāo)。所提供的虹吸式出水流道由進(jìn)口段、直線段、駝峰段和下降段組成；提 供流道立面圖（含斷面線）、平面展開圖（含斷面線）和斷面數(shù)據(jù)表，所有尺寸均以m計(jì)； 采用本實(shí)用新型提供的應(yīng)用方法對(duì)應(yīng)用本實(shí)用新型的虹吸式出水流道布置尺寸和流道斷 面尺寸進(jìn)行適當(dāng)換算，可得到適用于具有不同流量、揚(yáng)程和出水池水位變幅的泵站的虹吸 式出水流道；換算后的流道水流轉(zhuǎn)向有序、擴(kuò)散均勻、流道水頭損失小、水力性能優(yōu)異。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，采用如下技術(shù)方案：
[0005] 1.提供一種水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道，該流道由基于CFD的優(yōu)化水力設(shè)計(jì) 研宄方法得到，經(jīng)測(cè)試證明其水力性能優(yōu)異，并已在大中型泵站得到成功應(yīng)用；
[0006] 2.提供的虹吸式出水流道由進(jìn)口段、直線段、駝峰段和下降段組成，提供流道立面 圖、平面展開圖和斷面數(shù)據(jù)表；
[0007] 3.采取流道布置尺寸和流道斷面尺寸分別采用不同換算系數(shù)進(jìn)行換算的思路， 根據(jù)所提供的虹吸式出水流道的參數(shù)和應(yīng)用本實(shí)用新型的虹吸式出水流道的出水池最高 水位和最低水位、泵站布置所要求的虹吸式出水流道進(jìn)口段進(jìn)口斷面的高程及單泵設(shè)計(jì)流 量所要求的該斷面的直徑，分別計(jì)算斷面尺寸換算系數(shù)、水位差換算系數(shù)和高程差換算系 數(shù)；
[0008] 4.對(duì)虹吸式出水流道的布置尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q算，以滿足不同泵站虹吸式出水流 道對(duì)駝峰段出口斷面中心與進(jìn)口段進(jìn)口斷面中心之間高程差的要求、對(duì)出水池最高水位與 最低水位之間水位差的要求；
[0009] 5.對(duì)虹吸式出水流道的斷面尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q算，以滿足不同泵站單泵設(shè)計(jì)流量 對(duì)虹吸式出水流道斷面尺寸的要求。
[0010] 本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 1.所提供的水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道；
[0012] (1)根據(jù)多年來對(duì)虹吸式出水流道優(yōu)化水力設(shè)計(jì)研宄的成果，選擇經(jīng)過充分優(yōu)化 水力設(shè)計(jì)和嚴(yán)格性能測(cè)試、并得到成功應(yīng)用的虹吸式出水流道；
[0013] (2)所述虹吸式出水流道設(shè)計(jì)流量時(shí)的流道水頭損失Ah < 0. 35m。
[0014] 2.所提供的虹吸式出水流道幾何形體的表達(dá)方式；
[0015] (1)所述虹吸式出水流道由進(jìn)口段、直線段、駝峰段和下降段組成；
[0016] (2)虹吸式出水流道內(nèi)的流態(tài)復(fù)雜，其形體設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)流道水力性能影響很大； 為保證流道水力設(shè)計(jì)的質(zhì)量，所述進(jìn)口段、駝峰段和下降段的三維形體采用立面圖（含斷 面線）、平面展開圖（含斷面線）和斷面數(shù)據(jù)表表示；斷面數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)包括：縱剖面各 斷面的上邊線坐標(biāo)（X 1, Y1K縱剖面下邊線的坐標(biāo)（X2，Y2)、中心線坐標(biāo)（Xtl, Ytl)、高度H、寬度 B和斷面形狀由圓變方的過渡圓半徑R ;
[0017] (3)所述進(jìn)口段位于出水流道的最前端，其進(jìn)口斷面與泵裝置中水泵導(dǎo)葉體的出 口斷面連接，其作用是引導(dǎo)水流向斜上方進(jìn)行有序轉(zhuǎn)向和擴(kuò)散；主要幾何參數(shù)包括該段的 轉(zhuǎn)向角、進(jìn)口斷面的高程及直徑、出口斷面的高度及寬度；
[0018] (4)所述直線段與進(jìn)口段出口斷面連接，其作用是引導(dǎo)水流持續(xù)平順地向斜上方 流動(dòng)并在此過程中均勻擴(kuò)散；主要幾何參數(shù)包括該段的上升角、出口斷面的高度及寬度；
[0019] (5)所述駝峰段與直線段出口斷面連接，其作用是引導(dǎo)水流向水平方向有序轉(zhuǎn)向 和擴(kuò)散；主要幾何參數(shù)包括該段的轉(zhuǎn)向角度、出口斷面的高度及寬度；
[0020] (6)所述下降段與駝峰段出口斷面連接，其作用是引導(dǎo)水流向斜下方有序轉(zhuǎn)向和 擴(kuò)散；主要幾何參數(shù)包括該段的下降角、出口斷面的高度及寬度。
[0021] 3.建立便于推廣的虹吸式出水流道應(yīng)用方法；
[0022] (1)計(jì)算斷面尺寸換算系數(shù)、水位差換算系數(shù)和高程差換算系數(shù)：
[0023] ①按應(yīng)用本實(shí)用新型的虹吸式出水流道與所提供的虹吸式出水流道兩者的進(jìn)口 段進(jìn)口流諫相等的原則，計(jì)筧斷面尺寸換算系數(shù)k 1:
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道，其特征是，所述虹吸式出水流道由進(jìn)口段、直 線段、駝峰段和下降段組成； 所述進(jìn)口段位于出水流道的最前端，進(jìn)口段用于引導(dǎo)水流持續(xù)平順地向斜上方流動(dòng)并 在此過程中均勻擴(kuò)散，進(jìn)口段的轉(zhuǎn)向角度為54. 2°、中心線展開長(zhǎng)度L1S 3. 37m、進(jìn)口斷面 中心高程V1為Om、進(jìn)口斷面直徑D為3m、出口斷面高度為2. 77m、寬度為4. 06m ; 所述直線段與進(jìn)口段出口斷面連接，直線段用于引導(dǎo)水流持續(xù)平順地向斜上方流動(dòng)并 在此過程中均勻擴(kuò)散，直線段的上升角α為35.7°、中心線展開長(zhǎng)度L2S6.66m、出口斷 面高度為2. 19m、出口斷面寬度為5. 76m ; 所述駝峰段與直線段出口斷面連接，駝峰段用于引導(dǎo)水流有序轉(zhuǎn)向和擴(kuò)散，駝峰段的 轉(zhuǎn)向角度為35. 8°、中心線展開長(zhǎng)度L3S 2. 00m，出口斷面高度為2. 16m、出口斷面寬度為 6. 18m、斷面中心的高程V2為7. 28m ; 所述下降段與駝峰段出口斷面連接，下降段用于引導(dǎo)水流向斜下方有序轉(zhuǎn)向和擴(kuò)散， 下降段的下降角β為36.9°、中心線展開長(zhǎng)度L4S 11. 64m，出口斷面高度為3. 32m、出口 斷面寬度為6. 91m、斷面中心的高程V3為I. 89m。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道，其特征是，所述進(jìn)口段的 三維形體采用數(shù)據(jù)表示，數(shù)據(jù)包括進(jìn)口段縱剖面各斷面的上邊線坐標(biāo)（X 1, Y1K縱剖面下邊 線的坐標(biāo)（X2, Y2)、中心線坐標(biāo)（Χ〇, Ytl)、高度H、寬度B和斷面形狀由圓變方的過渡圓半徑R。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道，其特征是，所述駝峰段的 三維形體采用數(shù)據(jù)表示，數(shù)據(jù)包括駝峰段縱剖面各斷面的上邊線坐標(biāo)（X 1, Y1K縱剖面下邊 線的坐標(biāo)（Χ2，Υ2)、中心線坐標(biāo)（Χο,Υο)、高度H和寬度Β。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道，其特征是，所述下降段的 三維形體采用數(shù)據(jù)表示，數(shù)據(jù)包括下降段縱剖面各斷面的上邊線坐標(biāo)（X 1, Y1K縱剖面下邊 線的坐標(biāo)（Χ2，Υ2)、中心線坐標(biāo)（Χο,Υο)、高度H和寬度Β。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水力性能優(yōu)異的虹吸式出水流道，屬于水利工程泵站技術(shù)領(lǐng)域。虹吸式出水流道由進(jìn)口段、直線段、駝峰段和下降段組成；提供流道立面圖（含斷面線）、平面展開圖（含斷面線）和斷面數(shù)據(jù)表。采取流道布置尺寸和斷面尺寸采用不同換算系數(shù)進(jìn)行換算的思路，對(duì)本發(fā)明提供的虹吸式出水流道布置尺寸和斷面尺寸分別進(jìn)行適當(dāng)換算，可得到適用于具有不同流量、揚(yáng)程和出水池水位變幅的大型泵站虹吸式出水流道。換算后的流道水流轉(zhuǎn)向有序、擴(kuò)散均勻、水頭損失小、水力性能優(yōu)異、適用面寬、應(yīng)用方便。本實(shí)用新型可保證虹吸式出水流道的設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)于確保大中型泵站的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行具有重要意義。
【IPC分類】E02B9-06
【公開號(hào)】CN204370389
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420795367
【發(fā)明人】陸林廣, 陸偉剛, 徐磊, 王海, 李亞楠, 練遠(yuǎn)洋, 施克鑫
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月15日