一種間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涉水利工程技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)許多泵站特別是引黃泵站在運(yùn)行中因受到引水條件和地理位置的限制,需要閘門控制引水,形成閘下射流且直沖前池、進(jìn)水池和泵室,造成流態(tài)惡化,帶來(lái)汽蝕、泥沙淤積、機(jī)組和泵房強(qiáng)烈振動(dòng)、泵站效率降低和運(yùn)行效益下降等一系列問(wèn)題,且隨著閘前水位的升高,前池和進(jìn)水池的運(yùn)行特性也發(fā)生變化,進(jìn)一步導(dǎo)致泵站運(yùn)行工況不穩(wěn),振動(dòng)更加強(qiáng)烈,最后迫使機(jī)組停止運(yùn)行。這些問(wèn)題不僅嚴(yán)重的影響了機(jī)組的壽命和工作人員的身心健康,而且增加了泵站維修維護(hù)的工作量。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)泵站前池和進(jìn)水池的水力消能整流措施主要有連續(xù)底坎、立柱、導(dǎo)流墩、導(dǎo)流墻、導(dǎo)水錐和壓水板等,針對(duì)不同泵站前池和進(jìn)水池的流動(dòng)特點(diǎn),采取不同的整流措施,實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)證明了這些措施能夠有效地改善前池、進(jìn)水池流態(tài)。
[0004]在采用連續(xù)底坎和立柱整流措施時(shí),如果泵站引水中含有泥沙,底坎和立柱后存在繞流漩渦,容易引起泥沙淤積,而導(dǎo)流墩、導(dǎo)流墻主要用于具有明顯主流方向特點(diǎn)的前池和進(jìn)水池,導(dǎo)水錐主要用于水泵進(jìn)口附近的流態(tài)整治,壓水板主要用于加大前池池底流速,防止泥沙淤積。
[0005]鑒于此,對(duì)于很多沿黃閘控泵站來(lái)說(shuō),由于閘底射流從前池和進(jìn)水池底部直沖泵室,且容易形成水躍,所以不存在主流,同時(shí)水流中含有大量的泥沙,易在前池和進(jìn)水池產(chǎn)生泥沙淤積,上述整流措施效果不明顯,整流后前池和進(jìn)水池內(nèi)流態(tài)差,所以必須尋求一種有效的水力消能整流方法來(lái)消除閘下射流能量、改善流態(tài)和減小泥沙淤積,保證進(jìn)水池內(nèi)水流穩(wěn)定,是本領(lǐng)域技術(shù)人員必須解決的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷,提供一種間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流裝置及方法,該方法能夠有效解決閘控泵站運(yùn)行過(guò)程中前池和進(jìn)水池中存在水流流態(tài)不穩(wěn)定和泥沙淤積的問(wèn)題。
[0007]其具體技術(shù)方案為:
[0008]一種間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流裝置及方法,其特征在于,包括閘門1、引水渠2、前池3、進(jìn)水池4、間隔式底坎5、間隔式反向挑流消能墩6、整流梁7和壓水板8。所述間隔式底坎5設(shè)置在閘門I后面,沿引水渠2中心線對(duì)稱分布;所述間隔式反向挑流消能墩6布置在間隔式底坎5的后面,沿引水渠2中心線與間隔式底坎5成交錯(cuò)式對(duì)稱分布,其數(shù)量比間隔式底坎5的數(shù)量少一個(gè);所述間隔式反向挑流消能墩6迎水面為反向水流圓弧曲面,縱剖面為反向水流圓弧曲線,水平截面為長(zhǎng)方形;所述整流梁7布置在前池3的前端,底端位于四分之三水深處;所述壓水板8布置在前池3的后端,底端位于五分之四水深處。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選,所述間隔式底坎5為圓柱體。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選,所述間隔式底坎5為四棱柱體。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選,所述間隔式反向挑流消能墩6的背水面為半圓柱體。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選,所述間隔式反向挑流消能墩6的背水面為三棱柱體。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選,所述壓水板8為長(zhǎng)方形板,與水流方向夾角呈135度傾斜布置。
[0014]一種間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流方法,包括以下步驟:
[0015]開啟閘門至引水渠水深的四分之一到二分之一處,閘控引水產(chǎn)生的具有較大能量的閘下射流,經(jīng)過(guò)間隔式底坎后,形成了多股射流;
[0016]多股射流經(jīng)過(guò)所述的與間隔式底坎交錯(cuò)布置的間隔式反向挑流消能墩的迎水面反向圓弧曲面將射流挑起,形成表面水躍;
[0017]經(jīng)過(guò)水躍消能后的水流經(jīng)過(guò)整流梁,其消渦和整流作用,消除了部分能量和回流;
[0018]最后水流流至壓水板,在經(jīng)過(guò)壓水板后分為兩部分,一部分水流則繞過(guò)壓水板后向上翻滾,形成板后漩渦,消除水流中的殘余能量,另一部分穩(wěn)定均勻的水流向下運(yùn)動(dòng),流向進(jìn)水池。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流裝置及方法有兩種功能,一種是水力消能功能,另一種是水力整流功能。閘控引水產(chǎn)生的具有較大能量的閘下射流,經(jīng)過(guò)所述的間隔式底坎后,形成了多股射流;形成的多股射流經(jīng)過(guò)所述的與間隔式底坎交錯(cuò)布置的間隔式反向挑流消能墩的迎水面反向曲面將射流挑起,形成表面水躍,利用水躍來(lái)消能;交錯(cuò)布置的間隔式底坎和反向挑流消能墩,不僅縮短了池底閘下射流的長(zhǎng)度,而且由于過(guò)流斷面的減小,加大了底部流速,有效的防治了泥沙淤積。經(jīng)過(guò)水躍消能后的水流仍存在漩渦和回流,經(jīng)過(guò)整流梁的消渦和整流作用,消除了部分能量和回流;水流在經(jīng)過(guò)壓水板后分為兩部分,一部分水流則繞過(guò)壓水板后向上翻滾,形成板后漩渦,消除水流中的殘余能量,一部分穩(wěn)定均勻的水流向下運(yùn)動(dòng),流向進(jìn)水池;所述整流梁和壓水板之間的底部流速減小,增大了上部水流速度,有效防治了泥沙在前池和進(jìn)水池的淤積,保證了進(jìn)水池水流均勻穩(wěn)定,使水泵機(jī)組穩(wěn)定、安全可靠的運(yùn)行。
[0020]具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面
[0021](I)本發(fā)明所設(shè)間隔式底坎能減小閘下射流長(zhǎng)度及速度,水流可以在相鄰兩個(gè)底坎之間通過(guò),形成多股水流,坎間流速加大,坎后流速減小并且可以對(duì)坎后形成沖涮,避免泥沙淤積。而連續(xù)底坎雖能減小前池底部流速,但坎后存在回流區(qū)容易淤積。
[0022](2)本發(fā)明所設(shè)間隔式反向挑流消能墩和間隔式底坎交錯(cuò)布置,可以使每股水流直接進(jìn)入反向圓弧曲面形成挑流,不僅能挑起水流形成表面水躍,而且使閘下射流長(zhǎng)度大大縮短,達(dá)到了湍動(dòng)消能的目的。另外,該布置還降低了前池的邊壁流速且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以避免坎后泥沙淤積。
[0023](3)本發(fā)明所設(shè)整流梁的主要作用是消除引水渠間隔式反向挑流消能墩墩后及引水渠表面水流的能量,減小前池底部流速。目前很多泵站設(shè)置壓水板的目的是在消能的同時(shí),加大底部流速,減小泥沙淤積的可能性,因?yàn)閴核宓拇嬖跍p小了過(guò)流斷面面積。但是在本發(fā)明中考慮到閘下射流經(jīng)過(guò)過(guò)流斷面面積減小的間隔式反向挑流消能墩后,引起底部速度加快,水流將很快流至水泵進(jìn)口附近,影響進(jìn)水池流態(tài)穩(wěn)定,所以減小前池底部的流速是首要任務(wù),故整流梁的主要作用與其它泵站傳統(tǒng)消能裝置不同。
[0024](4)本發(fā)明所設(shè)壓水板作用是消除前池表面的回流,加大整流梁和壓水板之間的流速,但進(jìn)水池底部流速變化不大,這樣可以保證前池后半部分的泥沙不淤積,同時(shí)消去部分水流能量使水流均勻地進(jìn)入進(jìn)水池。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0026]圖2為圖1的的A-A截面圖;
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0028]圖4為圖3的的A-A截面圖;
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解,下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0030]實(shí)施例1
[0031]參照?qǐng)D1-圖2,一種間隔交錯(cuò)式反向挑流消能水力整流裝置,包括閘門1、引水渠2、前池3、進(jìn)水池4、間隔式底坎5、間隔式反向挑流消能墩6、整流梁7和壓水板8。
[0032]所述間隔式底坎5設(shè)置在閘門I后面,間隔式底坎5的高度低于閘門I的開度,所述間隔式底坎5在引水渠2中心線對(duì)稱分布,兩間隔式底坎5間隔尺寸與間隔式底坎5的數(shù)量根據(jù)引水渠2寬度來(lái)確定。所述間隔式底坎5為圓柱體,水平截面為圓形。所述間隔式反向挑流消能墩6沿引水渠2中心線與間隔式底坎5呈交錯(cuò)式對(duì)稱布置,其數(shù)量比間