一種水力性能優(yōu)異的燈泡體前置式貫流泵裝置進(jìn)水流道及應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利工程栗站技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水力性能優(yōu)異的燈泡體前置式 貫流栗裝置進(jìn)水流道及應(yīng)用方法，適用于指導(dǎo)工程技術(shù)人員設(shè)計高性能大流量栗站的燈泡 體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道。
【背景技術(shù)】
[0002] 燈泡式貫流栗裝置適用于揚(yáng)程低于3m、年運(yùn)行數(shù)千小時的大流量栗站，該型式栗 裝置的特點是將動力機(jī)、軸承及齒輪箱等設(shè)備設(shè)置在一個封閉的俗稱"燈泡體"的金屬殼體 內(nèi)。進(jìn)一些年來大流量栗站都習(xí)慣性地采用燈泡體后置式的貫流栗裝置，即：將所述燈泡體 置于出水流道內(nèi)。更為深入的研究發(fā)現(xiàn):在燈泡體后置的情況下，從水栗導(dǎo)葉體流出的具有 環(huán)量的水流在流經(jīng)燈泡體時，會在其尾部產(chǎn)生較大的、偏向一側(cè)的旋渦區(qū)。這種現(xiàn)象加大了 出水流道的水頭損失，且導(dǎo)致了出水流道內(nèi)水流的壓力脈動和不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是針對上述情況，提供了一種水力性能優(yōu)異的燈泡體前置式貫流 栗裝置進(jìn)水流道及應(yīng)用方法。本發(fā)明的特征是:將燈泡體從出水流道內(nèi)移出，徹底解決因出 水流道內(nèi)水流的流動屬性為擴(kuò)散流動而極易產(chǎn)生旋渦的問題;將燈泡體置于進(jìn)水流道內(nèi)， 利用進(jìn)水流道內(nèi)水流的流動屬性為收縮流動的特點，保證水流流經(jīng)燈泡體時不因脫流而產(chǎn) 生旋渦;所述進(jìn)水流道沿水流方向順序分為直線形進(jìn)口段、燈泡體過流段和瓶頸形圓臺整 流段等3段，在燈泡體過流段與水栗葉輪室之間設(shè)置用于調(diào)整進(jìn)水流態(tài)的瓶頸形圓臺整流 段，可保證水流進(jìn)入水栗葉輪室的流態(tài)滿足要求;對包含燈泡體、進(jìn)人孔、燈泡體支撐、燈泡 體瓶頸形圓臺等各過流部件的進(jìn)水流道進(jìn)行優(yōu)化水力設(shè)計研究，提供水力性能優(yōu)異、應(yīng)用 方便的進(jìn)水流道三維形體過流面;所述進(jìn)水流道各過流面的幾何尺寸均用以水栗葉輪直徑 Do為基準(zhǔn)值的相對值表示，將相對值乘以栗站擬采用的水栗葉輪直徑Do即可得該栗站進(jìn)水 流道實際需要的尺寸；出水流道的主要尺寸可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同栗站的 實際需要。應(yīng)用本發(fā)明所得到的燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道不僅水力性能優(yōu)異，而 且徹底解決了燈泡體后置式貫流栗裝置進(jìn)水流道內(nèi)的旋渦問題，對于確保大流量栗站安 全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行具有十分重要的意義。
[0004] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案：
[0005] 1.-種水力性能優(yōu)異的燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道，沿水流方向順序分為 直線形進(jìn)口段、燈泡體過流段和瓶頸形圓臺整流段等3段；
[0006] 所述燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道各幾何尺寸均用以水栗葉輪直徑Do為基 準(zhǔn)值的相對值表示；
[0007] 直線形進(jìn)口段位于燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道的前部，其作用是適應(yīng)栗房 上部結(jié)構(gòu)布置的需要和對水流進(jìn)行初步整流;在該段中部設(shè)置中隔墩，該段進(jìn)水流道的內(nèi) 壁形線為直線；該段進(jìn)水流道的長度Lm=2.183D〇、進(jìn)口斷面高度Htt?=1.887D()、進(jìn)口 斷面寬度B進(jìn)口賊tin = 2.467D。、出口斷面尚度Η進(jìn)口段出□ = 1.714D〇、出口斷面寬度B進(jìn)口段出口 = 2.130D〇、進(jìn)口頂板圓弧半徑Rip板=lm，中隔墩的長度L|5it= 2.183D〇、厚度Β_?= 0.8m、頭部圓 弧半徑0.4m、尾部圓弧半徑飾驗圏1= 0.4m;
[0008] 燈泡體過流段位于直線形進(jìn)口段之后，該段用于放置燈泡體及其附屬物并對水流 進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整;該段的燈泡體由碗形旋轉(zhuǎn)體和圓柱體組成，在所述圓柱體的上部設(shè)置進(jìn) 人孔，在所述圓柱體的下部設(shè)置兩個平行的燈泡體支撐;該段進(jìn)水流道的內(nèi)壁形線采用詳 細(xì)的斷面位置圖及數(shù)據(jù)表表示，數(shù)據(jù)表包括流道縱剖面上邊線坐標(biāo)(ΧΗ，ΥΗ)、下邊線坐標(biāo) (X下i，Y下i)、斷面高度Hi、斷面寬度Bi、過渡圓半徑Ri，各斷面編號i及數(shù)據(jù)列于表1;所述碗形 旋轉(zhuǎn)體母線的各點編號j及坐標(biāo)列于表2;所述圓柱體的長度1.131 Do、斷面直徑Deb($ = 0.926D〇;進(jìn)人孔為流線型柱體，其長度La^L=1.131D〇、寬度_L=〇.8m、頭部圓弧半徑 Rrl = 0.4m、尾部圓弧半徑Rr2= 1. Om;燈泡體支撐為細(xì)長流線型柱體，其長度Lat = 1.375D〇、 寬度Β?? = 0. lDo、頭部圓弧半徑Rcl = 0.05D〇、尾部圓弧半徑Rc2 = 0.476D〇;
[0009] 表1燈泡體過流段流道斷面數(shù)據(jù)表
[0010]
[0012] 表2碗形旋轉(zhuǎn)體母線各點編號及坐標(biāo)
[0013]
[0014] 瓶頸形圓臺整流段位于燈泡體過流段之后，該段用于對水流進(jìn)行最終的整流，以 保證水流均勻順直地進(jìn)入水栗葉輪室；該段進(jìn)水流道形體為瓶頸形圓臺，在進(jìn)水流道瓶頸 形圓臺內(nèi)設(shè)與所述圓柱體尾部連接的燈泡體瓶頸形圓臺；瓶頸形圓臺整流段的長度_= 1.25lDo，進(jìn)水流道瓶頸形圓臺的進(jìn)口直徑0_臺an和出口直徑EteM臺出口分別為1.714D〇和 0.984D〇，燈泡體瓶頸形圓臺的進(jìn)口直徑D：w__和出口直徑DW_臺出口分別為0.926D〇和 0.354D〇;該段進(jìn)水流道瓶頸形圓臺的母線和燈泡體瓶頸形圓臺的母線均用以葉輪直徑Do為 基準(zhǔn)值的相對值表示，兩者母線的各點編號k及坐標(biāo)分別列于表3和表4;
[0015] 表3進(jìn)水流道瓶頸形圓臺母線各點編號及坐標(biāo)
[0016]
[0017] 表4燈泡體瓶頸形圓臺母線各點編號及坐標(biāo)
[0018]
[0019]所述進(jìn)水流道三維形體過流面由進(jìn)水流道的內(nèi)壁和中隔墩、碗形旋轉(zhuǎn)體、圓柱體、 進(jìn)人孔、燈泡體支撐、燈泡體瓶頸形圓臺的外壁構(gòu)成。
[0020] 2.-種水力性能優(yōu)異的燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道的應(yīng)用方法，包括以下 步驟：
[0021] (1)所述燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道各幾何尺寸均用以葉輪直徑Do為基準(zhǔn) 值的相對值表示；
[0022] (2)-種水力性能優(yōu)異的燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道，沿水流方向順序分 為直線形進(jìn)口段、燈泡體過流段和瓶頸形圓臺整流段等3段；
[0023]直線形進(jìn)口段位于燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道的前部，其作用是適應(yīng)栗房 上部結(jié)構(gòu)布置的需要和對水流進(jìn)行初步整流;在該段中部設(shè)置中隔墩，該段進(jìn)水流道的內(nèi) 壁形線為直線；該段進(jìn)水流道的長度Lm=2.183D〇、進(jìn)口斷面高度Htt?=1.887D()、進(jìn)口 斷面寬度B進(jìn)口賊tin = 2.467D。、出口斷面尚度Η進(jìn)口段出□ = 1.714D〇、出口斷面寬度B進(jìn)口段出口 = 2.130D〇、進(jìn)口頂板圓弧半徑Rip板=lm，中隔墩的長度L|5it= 2.183D〇、厚度Β_?= 0.8m、頭部圓 弧半徑0.4m、尾部圓弧半徑飾驗圏1= 0.4m;
[0024]燈泡體過流段位于直線形進(jìn)口段之后，該段用于放置燈泡體及其附屬物并對水流 進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整;該段的燈泡體由碗形旋轉(zhuǎn)體和圓柱體組成，在所述圓柱體的上部設(shè)置進(jìn) 人孔，在所述圓柱體的下部設(shè)置兩個平行的燈泡體支撐;該段進(jìn)水流道的內(nèi)壁形線采用詳 細(xì)的斷面位置圖及數(shù)據(jù)表表示，數(shù)據(jù)表包括流道縱剖面上邊線坐標(biāo)(ΧΗ，ΥΗ)、下邊線坐標(biāo) (X下i，Y下i)、斷面高度Hi、斷面寬度Bi、過渡圓半徑Ri，各斷面編號i及數(shù)據(jù)列于表1;所述碗形 旋轉(zhuǎn)體母線的各點編號j及坐標(biāo)列于表2;所述圓柱體的長度1.131 Do、斷面直徑Deb($ = 0.926D〇;進(jìn)人孔為流線型柱體，其長度La^L=1.131D〇、寬度_L=〇.8m、頭部圓弧半徑 Rrl = 0.4m、尾部圓弧半徑Rr2= 1.0m;燈泡體支撐為細(xì)長流線型柱體，其長度Lat = 1.375D〇、 寬度Β?? = Ο. lDo、頭部圓弧半徑Rcl = 0.05D〇、尾部圓弧半徑Rc2 = 0.476D〇;
[0025]瓶頸形圓臺整流段位于燈泡體過流段之后，該段用于對水流進(jìn)行最終的整流，以 保證水流均勻順直地進(jìn)入水栗葉輪室；該段進(jìn)水流道形體為瓶頸形圓臺，在進(jìn)水流道瓶頸 形圓臺內(nèi)設(shè)與所述圓柱體尾部連接的燈泡體瓶頸形圓臺；瓶頸形圓臺整流段的長度_= 1.25lDo，進(jìn)水流道瓶頸形圓臺的進(jìn)口直徑0_臺an和出口直徑EteM臺出口分別為1.714D〇和 0.984D〇，燈泡體瓶頸形圓臺的進(jìn)口直徑D：w__和出口直徑D W_臺出口分別為0.926D〇和 0.354D〇;該段進(jìn)水流道瓶頸形圓臺的母線和燈泡體瓶頸形圓臺的母線均用以葉輪直徑Do為 基準(zhǔn)值的相對值表示，兩者母線的各點編號k及坐標(biāo)分別列于表3和表4;
[0026]所述進(jìn)水流道三維形體過流面由進(jìn)水流道的內(nèi)壁和中隔墩、碗形旋轉(zhuǎn)體、圓柱體、 進(jìn)人孔、燈泡體支撐、燈泡體瓶頸形圓臺的外壁構(gòu)成；
[0027] (3)所述燈泡體前置式貫流栗裝置進(jìn)水流道直線形進(jìn)口段的長度L??和進(jìn)口斷面 寬度BftW分別為2.183D0和為2.467D0,兩者均可根據(jù)栗房布置的需要在此基礎(chǔ)上增加或 減少；
[0028] (4)所述圓柱體的長度1^_和直徑0_分別為1.131D0和0.926DO,兩者均可在此基 礎(chǔ)上根據(jù)所述圓柱體內(nèi)設(shè)備布置的要求適當(dāng)加大或減?。?br>[0029] (5)所述圓柱體的長度1*0$改變?yōu)?/ _后，所述燈泡體過流段的長度1^鍛隨之改 變?yōu)?br>[0030] 1/迪鍛=1/剛$+0.5960〇
[0031] 式中，I/·鍛表示調(diào)整后的燈泡體過流段的長度，!/_表示調(diào)整后的圓柱體的長 度；
[0032] (6)所述圓柱體的直徑改變?yōu)镈'_后，所述碗形旋轉(zhuǎn)體和燈泡體瓶頸形圓臺的母 線均需作相應(yīng)調(diào)整；
[0033] 所述碗形旋轉(zhuǎn)體母線的調(diào)整計算式如下：
[0034] X'j = Xj
[0035]
[0036] 式中，Xj和Yj分別為所述碗形旋轉(zhuǎn)體母線第j個點X方向和Y方向的坐標(biāo)，（j = 1， 2，……，1