本發(fā)明屬于水利工程市政排水技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善多孔入流泵站進(jìn)水流態(tài)的方法。

背景技術(shù)：

作為城市排水系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施，排水泵站擔(dān)負(fù)著城市防洪排澇的主要職責(zé)，對于我國城市水資源的高效利用、保障城市水安全、改善城市水環(huán)境以及加快新型城鎮(zhèn)化建設(shè)等具有著重要意義。受城市規(guī)劃、地形、規(guī)模等條件限制，城市排水泵站占地面積偏小、進(jìn)水建筑物結(jié)構(gòu)較為緊湊，通常很難按照常規(guī)泵站設(shè)計(jì)規(guī)范中水力條件良好的要求進(jìn)行布置，尤其是當(dāng)采用了多孔進(jìn)水箱涵入流形式，泵站前池內(nèi)容易存在橫向流、表層流速大、表面吸氣渦等不良流動現(xiàn)象，難以保證水泵機(jī)組具有良好的進(jìn)流條件，從而將嚴(yán)重影響泵站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提出一種改善多孔入流泵站進(jìn)水流態(tài)的方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案：

一種改善多孔入流泵站進(jìn)水流態(tài)的方法，在泵站前池內(nèi)設(shè)置復(fù)合式整流裝置，所述整流裝置包括分隔墩、橫梁及引流板，所述泵站前池的長度為l、寬度為w，泵站前池的進(jìn)水口長度小于泵站前池的整體長度l，泵站前池的進(jìn)水口向池內(nèi)呈擴(kuò)散喇叭形，前池的進(jìn)口擴(kuò)散段長度l1＝(0.4～0.7)l，l1過大不利于調(diào)整水泵入流情況，過小則容易造成其擴(kuò)散角過大，0.4～0.7倍的泵站前池長度是本申請人根據(jù)若干次實(shí)驗(yàn)得到的最佳范圍，既可以方便控制擴(kuò)散角，又好調(diào)整水泵入流情況；擴(kuò)散段邊墻與前池中心線夾角β＝0～25°，本申請人多次實(shí)驗(yàn)證明β角過大容易造成前池兩側(cè)存在較大回流，不利于泵站進(jìn)流；前池最高運(yùn)行水位與其底部的距離為h0。

所述分隔墩沿泵站前池中心線布置，與主流方向平行；所述分隔墩的長度l2滿足l2＝0.5l+tan(β/3)l，分隔墩的寬度d與水泵機(jī)組之間的中隔墩的寬度相同，分隔墩的長度、寬度范圍是本申請人根據(jù)若干次實(shí)驗(yàn)得到的最佳范圍，分隔墩的寬度過大容易造成前池的過流面積偏小，寬度過小則容易不滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度使用要求；分隔墩的高度h＝(1.0～1.1)h0，分隔墩的頂部等于或略高于泵站前池的最高運(yùn)行水位，在保證其作用的同時(shí)可以節(jié)省制作費(fèi)用；所述分隔墩的前端修圓以降低水流的沖擊損失，分隔墩前端與前池進(jìn)口邊的距離l3滿足l＝l2+l3，分隔墩的后端與泵站前池寬度方向中心線上的中隔墩相連且兩者的中心線重合；

所述橫梁沿分隔墩高度方向設(shè)置，數(shù)量為2～5根，數(shù)量較少不利于水流流態(tài)調(diào)整，數(shù)量過多會造成局部水力損失過大，橫梁靠近分隔墩的前端，兩者間距l(xiāng)4＝(0～0.05)l，兩者間距過大將影響組合梁的整流效果；所述每個(gè)橫梁于泵站前池寬度方向的兩端與泵站前池側(cè)邊墻相連，從而對整個(gè)前池起到整流效果；橫梁的寬度b1＝(0.01～0.04)l，在保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)以盡可能節(jié)省材料；橫梁最頂端是與分隔墩的頂部齊平，單根橫梁高度h1＝(0.1～0.3)h0，其高度過小則對水流的整流效果不佳、過大則會造成前池過流截面積減小，同時(shí)相鄰兩橫梁之間的垂向距離h2＝(0.05～0.15)h0，以起到較好的整流效果；

所述引流板整體為折形板，引流板于泵站前池寬度方向的兩端與泵站前池側(cè)邊墻相連，引流板的厚度b2＝(0.005～0.03)l，其厚度過大會占據(jù)過多的前池容積，厚度過小則容易造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足；所述引流板包括立板和斜板，立板緊貼于中隔墩的前端，且垂直于泵站前池底面，立板的高度h3＝(0.4～0.7)h0，引流板的斜板一端與立板的底端連接，斜板的另一端連接至水泵進(jìn)口端，斜板與水平面夾角θ＝25°～45°，以保證水流較好地過渡至水泵進(jìn)口處。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述分隔墩、組合梁以及引流板為金屬結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以保障整流裝置能夠滿足排水泵站的設(shè)計(jì)施工使用要求。

作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述泵站前池的長度l為8.5m、寬度w為18.3m、泵站前池進(jìn)水口的擴(kuò)散段長度l1為5.3m、擴(kuò)散段邊墻與其中心線夾角β為24°，泵站前池最高運(yùn)行水位h0為5.2m；分隔墩的長度l2為5.45m、寬度d為0.3m、高度h為5.2m，分隔墩的前端與前池進(jìn)水口的距離l3為3.05m；橫梁有3根，橫梁與分隔墩的前端間距l(xiāng)4為0.4m，單根橫梁寬度b1為0.3m，單根橫梁高度h1為0.8m，相鄰兩橫梁垂向間距h2為0.3m；引流板厚度b2為0.2m，引流板的立板高度h3為3m，引流板的斜板與水平面夾角θ為30°。

作為另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述泵站前池的長度l為8.5m、寬度w為18.3m、泵站前池進(jìn)水口的擴(kuò)散段長度l1為3.4m、擴(kuò)散段邊墻與其中心線夾角β為24°，泵站前池最高運(yùn)行水位h0為5.2m；分隔墩的長度l2為5.5m、寬度d為0.3m、高度h為5.46m；分隔墩的前端與前池進(jìn)口的距離l3為3m；橫梁有5根，與分隔墩的前端間距l(xiāng)4為0.425m；單根橫梁寬度b1為0.085m，單根橫梁高度h1為0.52m，相鄰兩橫梁垂向間距h2為0.26m；引流板厚度b2為0.255m；引流板的立板高度h3為3.64m，引流板的斜板與水平面夾角θ為25°。

作為另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述泵站前池的長度l為8.5m、寬度w為18.3m、泵站前池進(jìn)水口的擴(kuò)散段長度l1為5.95m、擴(kuò)散段邊墻與其中心線夾角β為0°，泵站前池最高運(yùn)行水位h0為5.2m；分隔墩的長度l2為4.25m、寬度d為0.3m、高度h為5.72m；分隔墩的前端與前池進(jìn)口的距離l3為4.25m；橫梁有2根，橫梁與分隔墩的前端齊平；單根橫梁寬度b1為0.34m，單根橫梁高度h1為1.56m，相鄰兩橫梁垂向間距h2為0.78m；引流板厚度b2為0.0425m；引流板的立板高度h3為2.08m，引流板的斜板與水平面夾角θ為45°。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明所述的改善多孔入流泵站進(jìn)水流態(tài)的方法，利用復(fù)合式整流裝置抑制泵站前池內(nèi)的橫向流動，有利于降低前池表層流速、提高其底部流速，從而可有效防止表面吸氣旋渦的產(chǎn)生以及保障水泵具有良好的進(jìn)流條件，對于確保泵站的安全穩(wěn)定高效運(yùn)行具有重要意義。

本發(fā)明所提供的復(fù)合式整流裝置結(jié)構(gòu)簡單、容易制作，特別適合于多孔入流形式的市政排水泵站工程建設(shè)及改造中推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立面布置示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的整流裝置立面結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例整流前后各水泵進(jìn)口斷面流速分布對比圖，其中4a是整流前各水泵進(jìn)口斷面流速分布對比圖，4b是實(shí)施例1整流后各水泵進(jìn)口斷面流速分布對比圖；4c是實(shí)施例2整流后各水泵進(jìn)口斷面流速分布對比圖；4d是實(shí)施例3整流后各水泵進(jìn)口斷面流速分布對比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1-3所示，本發(fā)明涉及分隔墩1、橫梁2、引流板3、前池4、進(jìn)水箱涵5、水泵機(jī)組6、中隔墩7等技術(shù)特征。

一種改善多孔入流泵站進(jìn)水流態(tài)的方法，泵站前池的進(jìn)水端設(shè)置進(jìn)水箱涵，在泵站前池內(nèi)設(shè)置復(fù)合式整流裝置，所述泵站前池的整體長度為l，寬度為w，泵站前池的進(jìn)水口長度小于泵站前池的整體長度l，泵站前池的進(jìn)水口向池內(nèi)呈擴(kuò)散喇叭形，該擴(kuò)散段長度l1＝(0.4～0.7)l，擴(kuò)散段邊墻與泵站前池中心線夾角β＝0～25°，泵站前池最高運(yùn)行水位為h0；

所述復(fù)合式整流裝置包括分隔墩、橫梁及引流板，所述分隔墩1沿泵站前池4中心線布置，與主流方向平行；所述分隔墩1的長度l2＝0.5l+tan(β/3)l，寬度d＝(0.02～0.1)w，高度h＝(1.0～1.1)h0；所述分隔墩1的前端修圓，與前池4進(jìn)口邊的距離l3滿足l＝l2+l3，分隔墩1的后端與水泵機(jī)組6之間的中隔墩7相連且兩者的中心線重合；

所述組合橫梁2沿分隔墩高度方向設(shè)置，且靠近分隔墩的前端，優(yōu)選數(shù)量為2～5根，橫梁與分隔墩1的前端間距l(xiāng)4＝(0～0.05)l；頂部的橫梁與分隔墩的頂部齊平，每個(gè)橫梁的寬度b1＝(0.01～0.04)l，每個(gè)橫梁的高度h1＝(0.1～0.3)h0，每個(gè)橫梁于泵站前池寬度方向的兩端與泵站前池側(cè)邊墻相連，相鄰兩橫梁間的垂向距離h2＝(0.05～0.15)h0；

所述引流板3為收縮型折形板，其兩端與泵站前池4的兩側(cè)邊墻相連，引流板3的厚度b2＝(0.005～0.03)l；所述引流板3的上端為分別與前池4底面和分隔墩1尾端相垂直的立板，高度h3＝(0.4～0.7)h0，所述引流板3的下端為與水泵機(jī)組6進(jìn)口端相連的斜板，斜板與水平面夾角θ＝25～45°。

以上所述分隔墩1、橫梁2以及引流板3為金屬結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；可在城市排水泵站工程建設(shè)或改造現(xiàn)場進(jìn)行焊接或澆筑成型。

實(shí)施例1

本實(shí)施例帶有本發(fā)明所提出的復(fù)合式整流裝置的排水泵站平面和整流裝置立面結(jié)構(gòu)尺寸示意圖如圖2、3所示。

泵站前池4的長度l＝8.5m，寬度w＝18.3m，進(jìn)口擴(kuò)散段長度l1＝0.624l＝5.3m，擴(kuò)散段邊墻與前池4中心線夾角β＝24°，前池4最高運(yùn)行水位與其底部的距離h0＝5.2m，泵站采用四孔入流的進(jìn)水箱涵5，泵站水泵機(jī)組共6臺，編號依次為a～f，其中中間兩臺(c、d)的流量為2.04m³/s，其余均為4.08m³/s；分隔墩1沿泵站前池4中心線布置且與主流方向平行，分隔墩1的長度l2＝0.5l+tan(β/3)l＝5.45m，寬度d＝0.3m，是與中隔墩7的寬度相同，高度h＝h0＝5.2m；分隔墩1的前端修圓，與前池4進(jìn)口邊的距離l3＝l－l2＝3.05m；組合梁2是由沿垂向分布的3根橫梁構(gòu)成，與分隔墩1的前端間距l(xiāng)4＝0.047l＝0.4m；最頂端的橫梁2是與分隔墩1的頂部齊平，寬度b1＝0.0353l＝0.3m，高度h1＝0.154h0＝0.8m，兩兩橫梁之間垂向間距h2＝0.0577h0＝0.3m；引流板3為收縮型折形板，其厚度b2＝0.0235l＝0.2m；引流板3的上端為分別與前池4底面和分隔墩1尾端相垂直的立板，高度h3＝0.577h0＝3m，立板與泵站中隔墩端面齊平；引流板3的下端斜板與水平面夾角θ＝30°；分隔墩1、組合梁2以及引流板3采用鋼筋混凝土制作。

實(shí)施例2

本實(shí)施例所述的復(fù)合式整流裝置，與實(shí)施例1不同之處在于：泵站前池4的進(jìn)口擴(kuò)散段長度l1＝0.4l＝3.4m，擴(kuò)散段邊墻與前池4中心線夾角β＝24°；分隔墩1的長度l2＝0.5l+tan(β/3)l＝5.5m，高度h＝1.05h0＝5.46m，與前池4進(jìn)口邊的距離l3＝l－l2＝3m；具有5根橫梁，橫梁與分隔墩1的前端間距l(xiāng)4＝0.05l＝0.425m；橫梁2的寬度b1＝0.01l＝0.085m，高度h1＝0.1h0＝0.52m，橫梁兩兩之間垂向間距h2＝0.05h0＝0.26m；引流板3的厚度b2＝0.03l＝0.255m，引流板3的立板高度h3＝0.7h0＝3.64m，且其下端斜板與水平面夾角θ＝25°。

實(shí)施例3

本實(shí)施例所述的一種改善多孔入流泵站進(jìn)水流態(tài)的復(fù)合式整流裝置，與實(shí)施例1不同之處在于：泵站前池4的進(jìn)口擴(kuò)散段長度l1＝0.7l＝5.95m，擴(kuò)散段邊墻與前池4中心線夾角β＝0°；分隔墩1的長度l2＝0.5l+tan(β/3)l＝4.25m，高度h＝1.1h0＝5.72m，與前池4進(jìn)口邊的距離l3＝l－l2＝4.25m；橫梁2有2根，橫梁與分隔墩1的前端齊平，即l4＝0m；橫梁2的厚度b1＝0.04l＝0.34m，高度h1＝0.3h0＝1.56m，橫梁兩兩之間垂向間距h2＝0.15h0＝0.78m；引流板3的厚度b2＝0.005l＝0.0425m，其立板高度h3＝0.4h0＝2.08m，且其下端斜板與水平面夾角θ＝45°。

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(shí)施例的復(fù)合式整流裝置進(jìn)行整流前、后各水泵進(jìn)口前過流斷面流速分布的情況，圖4a是未采用本發(fā)明所述整流裝置，即未使用本發(fā)明所述整流裝置進(jìn)行整流的過流斷面流速分布的情況，據(jù)圖可以發(fā)現(xiàn)，各水泵進(jìn)口的流速分布非常不均勻，這是因?yàn)楸谜厩俺貎?nèi)存在橫向流、表層流速大、表面吸氣渦等不良流動現(xiàn)象導(dǎo)致的。根據(jù)圖4b、4c、4d可以看出，經(jīng)本發(fā)明整流后的各水泵進(jìn)口的流速分布變得較為均勻，證明本發(fā)明所提出的復(fù)合式整流裝置能夠顯著提高水泵的進(jìn)流條件，流速分布較均勻，有助于確保泵站及水泵機(jī)組的安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。