一種泵站用簸箕型進水流道的設計方法與流程
本發(fā)明屬于涉及泵站的應用領(lǐng)域,特別涉及一種簸箕型進水流道的設計方法。
背景技術(shù)：
大型泵站為減少土建工程量，通常將水池和吸水管合二為一，采用專門設計的進水流道。進水流道有多種形式，各種不同的進水流道盡管形式不一，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在從前池進入水泵葉輪室的過程中更好地轉(zhuǎn)向和加速，以盡量滿足水泵葉輪對葉輪室進口所要求的水利設計條件。泵站進水流道與實驗室標準管道所提供的進水流場不可避免地存在著差別，進水條件的變化必然引起泵裝置中水泵工作狀態(tài)的變化。進水流態(tài)不良不僅會降低水泵效率，而且也會降低水泵的汽蝕性能。因此，進水流道的水利設計，將直接影響到水泵的工作狀態(tài)，進水流態(tài)愈差，對水泵實際性能的影響就愈大。可見，進水流道是水泵裝置的一個重要組成部分。
進水流道按進水方向可分為單向進水流道和雙向進水流道，按單向進水流道的形狀可分為肘型、鐘型和簸箕型。簸箕型進水流道在荷蘭等歐洲國家應用廣泛，大、中、小型泵站都用，這種流道形狀較為簡單，施工方便。近幾年來，箕型流道在我國已經(jīng)開始得到應用。上海郊區(qū)首次將這種流道應用于小型泵站的節(jié)能技術(shù)改造，江蘇的劉老澗泵站首次將這種流道應用于大型泵站，預計今后可能會得到更多應用?；瓦M水流道在基本尺寸方面介于肘型流道和鐘型流道之間，對流道寬度的要求沒有鐘型流道那樣嚴格，不易產(chǎn)生渦帶。
專利號為201510329842.6號的中國發(fā)明專利中公開了一種簸箕型進水流道，其提供的是一種水利性能優(yōu)異的簸箕型進水流道，屬于水利工程泵站技術(shù)領(lǐng)域，其提供的簸箕型進水流道水力性能優(yōu)異、應用方法簡便，在保證進水流道施工質(zhì)量的前提下，大大降低了對進水流道現(xiàn)場施工技術(shù)水平的要求。然而，其并沒有給出具體的設計公式，因此，難以將其和計算機編程應用和計算機輔助設計結(jié)合起來。專利號為201520411029.9號的中國發(fā)明專利中公開了一種簸箕型進水流道，其實用新型提供的簸箕型進水流道適應性強，但其流道尺寸均用相對值表示，不夠精確。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述存在的不足，本發(fā)明人發(fā)明了一種泵站用的簸箕型進水流道的設計方法，不僅給出了主要設計參數(shù)系統(tǒng)準確的設計方案，而且對于計算機編程應用和計算機輔助設計有很大幫助。本發(fā)明主要是為了針對泵站設計的一種簸箕型進水流道，通過控制進水流道的進口段、彎曲段以及出口段等相關(guān)參數(shù)來達到提高泵站運行的可靠性和高效性，同時，使泵工作更加穩(wěn)定，而且能夠降低泵站事故發(fā)生的可能性。并使其更好的與計算機相結(jié)合運用，使參數(shù)化設計成為可能。
通過改善簸箕型進水流道的幾個比較重要的幾何參數(shù)，以改善流動達到提高泵站的穩(wěn)定性和安全性，實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：
(1)葉輪中心至進水流道底板的高度hw計算公式為：
hw＝0.063×(kd)2-(kd)4×10-4+9.7×10-6×(kd)2n+4.8×10-4n-2.84(1)
式中：
hw—泵站用泵的葉輪中心高度，米；
k—比例系數(shù)；
d—泵站用泵的葉輪直徑，米；
n—泵站用泵的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘。
(2)進水流道進口段的寬度bj的計算公式如下：
式中：
bj—進水流道進口段的寬度，米；
d—泵站用泵的葉輪直徑，米；
q—泵站用泵的流量，米3/秒。
(3)進水流道進口至泵軸線的長度xl的計算公式如下：
式中：
xl—進水流道進口至泵軸線的長度，米；
k—比例系數(shù)；
n—泵站用泵的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘；
q—泵站用泵的流量，米3/秒。
(4)喇叭管進口直徑dl的計算公式如下：
dl＝10.02d-25.13q-12.27dq+30.73q2+2.515(4)
式中：
dl—喇叭管進口直徑,米；
q—泵站用泵的流量，米3/秒；
d—泵站用泵的葉輪直徑，米。
(5)中隔板厚度bl的計算公式如下：
式中：
bl—中隔板厚度,米；
d—泵站用泵的葉輪直徑，米。
(6)中隔板厚度bt的計算公式如下：
式中：
bt—中隔板厚度,米；
d—泵站用泵的葉輪直徑，米。
(7)比例系數(shù)k的計算公式分別為：
ns—泵站用泵的比轉(zhuǎn)速；
h—泵站用泵的揚程，米；
n—泵站用泵的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘。
(8)進水流道進口高度hj的計算公式如下：
hj＝1.052×10-14+0.6bj-5.031×10-18n+5.494×10-16bj2+2.034×10-18nbj(8)
式中：
hj—進水流道進口高度，米；
bj—進水流道進口段的寬度，米；
n—泵站用泵的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘。
(9)吸入室后壁距xt的計算公式如下：
式中：
xt—吸入室后壁距，米；
xl—進水流道進口至泵軸線的長度，米。
(10)吸入室下邊線曲率半徑r1的計算公式如下：
r1＝120.4sin(0.02742xt-6.842×10-6)(10)
式中：
r1—吸入室下邊線曲率半徑,米；
xt—吸入室后壁距，米。
(11)進口段上邊界曲率半徑r的計算公式如下：
式中：
r—進口段上邊界曲率半徑，米；
bj—進水流道進口段的寬度，米。
(12)吸入室后壁曲率半徑rl的計算公式如下：
式中：
rl—吸入式后壁曲率半徑，米；
bj—進水流道進口段的寬度，米。
(13)喇叭管高度hl的計算公式如下：
式中：
hl—喇叭管高度,米；
dl—喇叭管進口直徑,米；
q—泵站用泵的流量，米3/秒；
k—比例系數(shù)。
(14)葉輪中心線至喇叭管出口距離hp的計算公式如下：
hp＝0.6906sin(0.522hl-0.01174)(14)
式中：
hp—葉輪中心線至喇叭管出口距離，米；
hl—喇叭管高度,米。
(15)下邊線與喇叭管之間的距離hm的計算公式如下：
式中：
hm—下邊線與喇叭管之間的距離，米；
hp—葉輪中心線至喇叭管出口距離，米。
由以上步驟可以得到相對完善準確的泵站用的簸箕型進水流道的主要幾何參數(shù)的設計方法。
附圖說明
圖1是一種泵站用簸箕型進水流道的主視圖。
圖2是一種泵站用簸箕型進水流道的俯視圖。
圖中，hw—葉輪中心至進水流道底板的高度，xl—進水流道進口至泵軸線的長度，bj—進水流道進口段的寬度，hj—進水流道進口高度，dl—喇叭管進口直徑，xt—吸入式后壁距，r1—吸入室下邊線曲率半徑，bl—中隔板厚度，bt—中隔板厚度，hl—喇叭管高度，r—進口段上邊界曲率半徑，rl—吸入室后壁曲率半徑，hp—葉輪中心線至喇叭管出口距離，hm—下邊線與喇叭管之間的距離。
具體實施方法
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。本發(fā)明通過以下計算公式來確定一種泵站用的簸箕型進水流道的的主要幾何參數(shù)，包括：葉輪中心至進水流道底板的高度hw、進水流道進口至泵軸線的長度xl、進水流道進口段的寬度bj、進水流道進口高度hj、喇叭管進口直徑dl、吸入室后壁距xt、吸入室下邊線曲率半徑r1、中隔板厚度bl、中隔板厚度bt、喇叭管高度hl、進口段上邊界曲率半徑r、吸入式后壁曲率半徑rl、葉輪中心線至喇叭管出口距離hp、下邊線與喇叭管之間的距離hm等。
此實施例是在給定設計工況流量q、設計工況揚程h、設計工況轉(zhuǎn)速n、葉輪進口直徑d來計算一種泵站用的簸箕型進水流道的主要幾何參數(shù)：
hw＝0.063×(kd)2-(kd)4×10-4+9.7×10-6×(kd)2n+4.8×10-4n-2.84(1)
dl＝10.02d-25.13q-12.27dq+30.73q2+2.515(4)
hj＝1.052×10-14+0.6bj-5.031×10-18n+5.494×10-16bj2+2.034×10-18nbj(8)
r1＝120.4sin(0.02742xt-6.842×10-6)(10)
hp＝0.6906sin(0.522hl-0.01174)(14)
以本發(fā)明進口段為例：
當q＝0.6m3/s,bj＝3.25m,hj＝1.95m時，
由
由達西公式：
查表得：ε＝0.1，即hf＝4.1×10-5m，此局部水力損失遠遠小于傳統(tǒng)技術(shù)給出的水力損失，
式中：hf—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。
本發(fā)明給出的進口段局部水力損失比傳統(tǒng)技術(shù)得出的水力損失更小，其他部位損失計算類似，因此，本發(fā)明設計更為精確、可靠。
本發(fā)明采用精確的公式設計法進行一種泵站用簸箕型進水流道的主要幾何參數(shù)的設計，通過控制進水流道的進口段、彎曲段以及出口段等相關(guān)參數(shù)來達到提高泵站運行的可靠性和高效性。由于本發(fā)明的設計方法不同于傳統(tǒng)的經(jīng)驗法，故能有效提高泵站的安全性能，同時使泵工作更加穩(wěn)定。
綜上所述，為本發(fā)明專利參照實施例做出的具體說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，也包含本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)的其他實施例或變形例。
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