本發(fā)明屬于泵站的應(yīng)用領(lǐng)域,特別涉及一種肘形進(jìn)水流道的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

通常情況下，大型泵站為了減少施工量，一般將進(jìn)水池與吸水管合二為一，即為進(jìn)水流道，同時(shí)也使電機(jī)有比較良好的的工作環(huán)境。一般大型泵站采用立式泵，但是由于立式泵的軸向尺寸比較大，所以盡可能降低泵房的高度以及泵房底板的深度。然而，過低的泵房高度和底板深度又會(huì)影響到進(jìn)水流態(tài)，甚至可能引起水泵的汽蝕及其振動(dòng)，并且會(huì)降低泵站的運(yùn)行效率以及降低泵站的經(jīng)濟(jì)效益，所以，對于大型泵站的進(jìn)水流道有比較高的設(shè)計(jì)要求。

此外，進(jìn)水流態(tài)的變化必然引起泵站水泵工作狀態(tài)的變化，進(jìn)水流態(tài)不良不僅會(huì)降低水泵的工作效率，而且也會(huì)降低水泵的抗汽蝕性能。由于進(jìn)水流道直接影響水泵葉輪進(jìn)口斷面的流速以及壓力分布，因此對水泵的性能有很大影響。不僅如此，如果進(jìn)水流道的形狀尺寸選擇不當(dāng)，進(jìn)水流道內(nèi)就很有可能產(chǎn)生旋渦，甚至?xí)纬蓽u帶，一旦渦帶進(jìn)入水泵，水泵與機(jī)組就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。由此可見，進(jìn)水流道是水泵站的一個(gè)重要組成部分，所欲必須對進(jìn)水流道的設(shè)計(jì)十分嚴(yán)謹(jǐn)。

進(jìn)水流道有多種型式，各種進(jìn)水流道盡管形狀不一，但都是泵站前池與水泵葉輪室之間的過渡段，其作用都是為了使水流從前池進(jìn)入水泵葉輪室的過程中更好的轉(zhuǎn)向和加速，以盡可能滿足水泵葉輪對葉輪室進(jìn)口水流流態(tài)所要求的條件。進(jìn)水流道按進(jìn)水方向可分為單向進(jìn)水流道和雙向進(jìn)水流道，而肘形進(jìn)水流道就是屬于單向的，并且肘形進(jìn)水流道適用于立式軸流泵以及導(dǎo)葉式混流泵，其形狀與水輪機(jī)的尾水管類似。

專利號(hào)為201220011514.3號(hào)的專利中公開了一種肘形進(jìn)水流道，其提供的是一種水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道，其使流道內(nèi)水力損失相對更小，這對于泵站運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性及高效性都具有非常重要的意義。然而，肘形進(jìn)水流道的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是根據(jù)水利方面的工作人員的經(jīng)驗(yàn)估算，并沒有提供完善準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方案，而且其給出的設(shè)計(jì)方法比較寬泛籠統(tǒng)沒有針對性，很多特殊場合可能難以實(shí)現(xiàn)。專利號(hào)為201410369192.3號(hào)的中國發(fā)明專利中公開了一種肘形進(jìn)水流道，其也給出了一種肘形進(jìn)水流道的設(shè)計(jì)方法，從很大程度上降低了肘形進(jìn)水流道的水力損失。然而，其并沒有給出肘形進(jìn)水流道進(jìn)口段的頂部漸縮角的設(shè)計(jì)公式，因此，其設(shè)計(jì)方案并不完善，在一定程度上對進(jìn)水流道的進(jìn)水流態(tài)有很大影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上所述存在的不足之處，本發(fā)明人發(fā)明了一種泵站用的肘形進(jìn)水流道的設(shè)計(jì)方法，不僅給出了主要設(shè)計(jì)參數(shù)系統(tǒng)準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方案，而且可以將其與計(jì)算機(jī)結(jié)合運(yùn)用，使參數(shù)化設(shè)計(jì)成為可能。

通過控制進(jìn)水流道的進(jìn)口段、彎曲段以及出口段等相關(guān)參數(shù)來達(dá)到提高泵站運(yùn)行的可靠性和高效性，同時(shí)使泵工作更加穩(wěn)定，而且能夠延長泵站的檢修周期。

為了解決上述問題，本發(fā)明給出了一種泵站用的肘形進(jìn)水流道的設(shè)計(jì)方法。通過改善肘形進(jìn)水流道的幾個(gè)比較重要的幾何參數(shù)，包括比例系數(shù)K、葉輪中心至進(jìn)水流道底板的高度L、進(jìn)水流道進(jìn)口至泵軸線的長度X、進(jìn)水流道進(jìn)口段的長度P、進(jìn)水流道進(jìn)口段的寬度B、進(jìn)水流道進(jìn)口高度M、進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面高度h_i、進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面面積F_i、進(jìn)水流道進(jìn)口段的過渡圓半徑r_i、進(jìn)水流道彎曲段的外曲率半徑R、進(jìn)水流道彎曲段的內(nèi)曲率半徑r、進(jìn)水流道進(jìn)口段的頂部漸縮角α、進(jìn)水流道進(jìn)口段的下邊線傾角β、進(jìn)水流道出口段的高度l、進(jìn)水流道彎曲段的高度N、進(jìn)水流道彎曲段的進(jìn)口高度h，以改善流動(dòng)達(dá)到提高泵站的穩(wěn)定性和安全性，此外，本發(fā)明專利取進(jìn)水流道出口直徑為葉輪直徑。

實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

(1)比例系數(shù)K、葉輪中心至進(jìn)水流道底板的高度L、進(jìn)水流道進(jìn)口至泵軸線的長度X、進(jìn)水流道進(jìn)口段的長度P、進(jìn)水流道進(jìn)口段的寬度B的計(jì)算公式如下：

本發(fā)明專利取進(jìn)水流道出口直徑為葉輪直徑

式中：

K—比例系數(shù)；

L—葉輪中心至進(jìn)水流道底板的高度，米；

X—進(jìn)水流道進(jìn)口至泵軸線的長度，米；

P—進(jìn)水流道進(jìn)口段的長度，米；

B—進(jìn)水流道進(jìn)口段的寬度，米；

n—泵站用泵的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘；

D—泵站用泵的葉輪直徑，米；

Q—泵站用泵的流量，米³/秒；

n_s—泵站用泵的比轉(zhuǎn)速；

H—泵站用泵的揚(yáng)程，米。

(2)進(jìn)水流道的進(jìn)口高度M的計(jì)算公式為：

M＝－154.3－1.721Q+289.3B－0.002161Q²+0.8455QB-76.69B² (6)

式中：

M—進(jìn)水流道的進(jìn)口高度，米；

Q—泵站用泵的流量，米³/秒；

B—進(jìn)水流道進(jìn)口段的寬度，米。

(3)進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面高度h_i的計(jì)算公式為：

h_i＝202.9sin(0.000354M－0.00155)+1.024sin(0.1215M－3.477) (7)

式中：

h_i—進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面高度，米；

M—進(jìn)水流道的進(jìn)口高度，米。

(4)進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面面積F_i的計(jì)算公式為：

F_i＝－237.5B^-0.8613+93.29 (8)

式中：

F_i—進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面面積,米²；

B—進(jìn)水流道進(jìn)口段的寬度，米。

(5)進(jìn)水流道進(jìn)口段的過渡圓半徑r_i的計(jì)算公式為：

式中：

r_i—進(jìn)水流道進(jìn)口段的過渡圓半徑，米；

Q—泵站用泵的流量，米³/秒。

(6)進(jìn)水流道彎曲段的外曲率半徑R、內(nèi)曲率半徑r的計(jì)算公式為：

式中：

R—進(jìn)水流道彎曲段的外曲率半徑，米；

r—進(jìn)水流道彎曲段的內(nèi)曲率半徑，米；

D—泵站用泵的葉輪直徑，米。

(7)進(jìn)水流道的下邊線傾角β、進(jìn)水流道進(jìn)口段的頂部漸縮角α的計(jì)算公式為：

式中：

β—進(jìn)水流道的下邊線傾角,度；

α—進(jìn)水流道進(jìn)口段的頂部漸縮角，度；

n_s—泵站用泵的比轉(zhuǎn)速；

H—泵站用泵的揚(yáng)程，米；

n—泵站用泵的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘；

K—比例系數(shù)；

D—泵站用泵的葉輪直徑，米。

(8)進(jìn)水流道出口段的高度l、進(jìn)水流道彎曲段的高度N的計(jì)算公式為：

N＝-83.18D^-6.283+4.633 (15)

式中：

l—進(jìn)水流道出口段的高度，米；

N—進(jìn)水流道彎曲段的高度，米；

Q—泵站用泵的流量，米³/秒；

K—比例系數(shù)；

D—泵站用泵的葉輪直徑，米。

(9)進(jìn)水流道彎曲段的進(jìn)口高度h的計(jì)算公式為：

式中：

h—進(jìn)水流道彎曲段的進(jìn)口高度，米；

D—泵站用泵的葉輪直徑，米。

由以上步驟可以得到相對完善準(zhǔn)確的泵站用的肘形進(jìn)水流道的主要幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的有益效果為：

該設(shè)計(jì)方法不同于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法，本發(fā)明對進(jìn)口段的寬度、高度、頂部漸縮角和下邊線傾角等參數(shù)進(jìn)行一定比例的調(diào)整，減少進(jìn)口段至彎曲段之間的沖撞水力損失，大大改善了進(jìn)水流態(tài)的穩(wěn)定性。另外，通過對彎曲段的外曲率半徑和內(nèi)曲率半徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，來降低彎曲段至出口段之間的渦流和沿程水力損失，同時(shí)也使得出水段的水流流態(tài)更加平穩(wěn)，從而在一定程度上提高了泵站運(yùn)行的穩(wěn)定性、高效性和經(jīng)濟(jì)性。

附圖說明

圖1是一種泵站用的肘形進(jìn)水流道的剖面圖。

圖2是一種泵站用的肘形進(jìn)水流道的平面圖。

圖3是一種泵站用的肘形進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面圖。

具體實(shí)施方法

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明通過以下幾個(gè)公式來確定一種泵站用的肘形進(jìn)水流道的的主要幾何參數(shù)，包括：葉輪中心至進(jìn)水流道底板的高度L、進(jìn)水流道進(jìn)口至泵軸線的長度X、比例系數(shù)K、進(jìn)水流道進(jìn)口段的長度P、進(jìn)水流道進(jìn)口段的寬度B、進(jìn)水流道進(jìn)口高度M、進(jìn)水流道彎曲段的外曲率半徑R、進(jìn)水流道彎曲段的內(nèi)曲率半徑r、進(jìn)水流道進(jìn)口段的下邊線傾角β、進(jìn)水流道進(jìn)口段的頂部漸縮角α、進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面高度h_i、進(jìn)水流道出口段的高度l、進(jìn)水流道彎曲段的高度N、進(jìn)水流道進(jìn)口段的斷面面積F_i、進(jìn)水流道進(jìn)口段的過渡圓半徑r_i、進(jìn)水流道彎曲段的進(jìn)口高度h等。

此實(shí)施例是在給定設(shè)計(jì)工況流量Q、設(shè)計(jì)工況揚(yáng)程H、設(shè)計(jì)工況轉(zhuǎn)速n、泵站用泵的葉輪直徑D來計(jì)算一種泵站用的肘形進(jìn)水流道的主要幾何參數(shù)：

M＝－154.3－1.721Q+289.3B－0.002161Q²+0.8455QB-76.69B² (6)

h_i＝202.9sin(0.000354M－0.00155)+1.024sin(0.1215M－3.477) (7)

F_i＝－237.5B^-0.8613+93.29 (8)

N＝-83.18D^-6.283+4.633 (15)

以本發(fā)明進(jìn)口段為例：

當(dāng)Q＝5m³/s,B＝3.41m,M＝2.44m時(shí)，

由可得，v＝0.6m/s,

由達(dá)西公式：可得，

查表得：ε＝0.1，即H_f＝0.0018m，此局部水力損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法給出的水力損失，

式中：H_f—局部沿程水力損失，m；

ε—局部阻力系數(shù)；

v—管道內(nèi)有效截面上的平均流速,m/s；

g—重力加速度，m/s²。

因此，本發(fā)明給出的進(jìn)口段局部水力損失比傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法得出的水力損失更為可靠，其他各部分水力損失算法同理。

本發(fā)明采用精確的公式設(shè)計(jì)法進(jìn)行一種泵站用的肘形進(jìn)水流道的主要幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)，其能提高泵站運(yùn)行的可靠性，同時(shí)延長了泵的使用壽命和泵站的維修周期。由于本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法不同于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法，故能有效提高泵站的安全性能，同時(shí)使泵工作更加穩(wěn)定。不僅如此，其還具有良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，更有利于與計(jì)算機(jī)結(jié)合運(yùn)用，使參數(shù)化設(shè)計(jì)成為可能。

綜上所述，為本發(fā)明專利參照實(shí)施例做出的具體說明，但是本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，也包含本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)的其他實(shí)施例以及變形例。