一種水力性能優異的肘形進水流道的製作方法
2023-09-19 03:54:20 1
一種水力性能優異的肘形進水流道的製作方法
【專利摘要】一種水力性能優異的肘形進水流道，屬於水利工程泵站【技術領域】。所述肘形進水流道其幾何形體的特徵是由直線段、肘彎段和圓臺段3個部分組成，直線段中設置中隔墩；其中，幾何形體簡單的平直段、直線段和圓臺段提供取值範圍，幾何形體複雜的肘彎段提供詳細的斷面位置和斷面數據；流道所有尺寸均用相對值表示，將這些相對值乘以泵站擬採用的水泵葉輪直徑即可得該泵站進水流道的實際所需尺寸，所述直線段和圓臺段的參數可根據泵站的實際需要在一定範圍內調整，以適應不同泵站對流道長度、高度和底邊傾角等主要幾何參數的不同需要。本實用新型可保證每座泵站肘形進水流道的設計質量，水力性能優異、適用面寬、應用方便，對於確保大中型泵站的f安全、穩定和高效運行具有重要意義。
【專利說明】一種水力性能優異的肘形進水流道
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於水利工程泵站【技術領域】，具體涉及一種水力性能優異的肘形進水流道及其應用方法，主要用於指導廣大工程技術人員設計水力性能優異的肘形進水流道，保證每座大中型立式泵站肘形進水流道設計的質量。
【背景技術】
[0002]立式泵站在我國的應用最為廣泛，肘形進水流道是大中型立式軸流泵站最常用的進水流道，其作用是在引導水流從前池流向水泵葉輪室的過程中有序轉向和均勻收縮，為水泵葉輪室進口提供符合要求的流態。設計性能優異的肘形進水流道是保證水泵安全、穩定、高效運行的必要條件。南水北調東線一期工程14座新建立式泵站全部採用了肘形進水流道。肘形進水流道三維形體複雜，傳統的水力設計方法採用基於一維理論的「平均流速法」，與流道內實際的三維湍流流動差距很大，肘形進水流道的水力設計質量缺少保證，所設計的流道不能滿足水泵葉輪對流場的要求，有時甚至會在流道內產生旋渦等有害流態，嚴重影響泵站的安全、穩定和高效運行。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供了一種水力性能優異的肘形進水流道，應用本實用新型得到的肘形進水流道水流轉向有序、均勻，流道內無任何不良流態，水力性能優異，確保實現泵站安全、穩定、高效運行的目標。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的，一種水力性能優異的肘形進水流道，包括直線段、肘彎段和圓臺段，肘彎段進水端設置直線段，肘彎段出水端設置圓臺段，直線段內設有中隔墩；以水泵葉輪直徑D為基準值，所述肘形進水流道長度L為4.2D、進口寬度B1為2.4D、高度H為1.85D;所述直線段的長度L1為2.92D、進口高度氏為1.65D、底邊傾角β為5°、進口頂板圓弧半徑R = 0.25D+0.2m;所述圓臺段的高度H3 =0.1065D+0.4367m、錐角Y為8。、進口直徑D1為1.008D、出口直徑D2為0.973D ;所述中隔墩的長度Lg為2.5D、厚度Bg = 0.1739D+0.1913m、頭部圓弧半徑Rgl = 0.3D、尾部圓弧半徑Rg2 = 3D ;所述肘彎段的長度L2為1.08D、高度Hw為1.42D、進口寬度B2為2.4D、進口高度H2 為 0.83D。
[0005]進一步地，所述肘彎段的三維形體採用斷面位置圖和斷面數據表示，斷面數據包括肘彎段各斷面的縱剖面上邊線坐標(Xli, Yli)、縱剖面下邊線坐標^…^、斷面高度!^、斷面寬度Bwi和斷面過渡圓半徑Rwi等。
[0006]一種水力性能優異的肘形進水流道的應用方法，包括以下步驟:
[0007](I)肘形進水流道包括直線段、肘彎段和圓臺段，直線段內設有中隔墩；以水泵葉輪直徑D為基準值，所述肘形進水流道長度L為4.2D、進口寬度B1為2.4D、高度H為1.85D ;所述直線段的長度L1S 2.92D、進口高度H1為1.65D、底邊傾角β為5°、進口頂板圓弧半徑R = 0.25D+0.2m;所述圓臺段的高度H3 = 0.1065D+0.4367m、錐角Y為8°、進口直徑D1S1.0080、出口直徑02為0.973D ;所述中隔墩的長度Lg為2.5D、厚度Bg = 0.1739D+0.1913m、頭部圓弧半徑Rgl = 0.3D、尾部圓弧半徑Rg2 = 3D ;所述肘彎段的長度L2為1.08D、高度Hw為1.42D、進口寬度B2為2.4D、進口高度H2為0.83D ；
[0008](2)將所述肘形進水流道各幾何尺寸的相對值乘以泵站擬採用的水泵葉輪直徑D得該泵站進水流道直線段、肘彎段和圓臺段的實際所需尺寸；
[0009](3)所述肘形進水流道直線段的長度L1為2.92D，根據泵站上部結構布置的需要在此基礎上改變L1, L1改變時相應改變所述中隔墩的長度Lg ；
[0010](4)所述肘形進水流道直線段的底邊傾角β為5°，根據肘彎段與泵站前池銜接的需要在此基礎上改變β，其改變量△ β小於等於5°，β改變後該段各斷面的高度保持不變；
[0011](5)所述肘形進水流道圓臺段的高度H3 = 0.1065D+0.4367m、錐角Y為8°，根據泵站的實際需要改變H3,該段的進口直徑D1和出口直徑D2保持不變，其錐角則相應改變為?'，圓臺段高度H3的減少量不大於0.15D ;
[0012](6)根據換算和調整後的所述肘形進水流道的幾何參數，在繪圖軟體中繪製所需的肘形進水流道單線圖。
[0013]進一步地，所述肘彎段的三維形體採用斷面位置和斷面數據表示，斷面數據包括肘彎段各斷面的縱剖面上邊線坐標(Xli, Yli)、縱剖面下邊線坐標(X2i，Y2i)、斷面高度Hw1、斷面寬度Bwi和斷面過渡圓半徑Rwi等。
[0014]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0015]第一，本實用新型的肘形進水流道水力性能優異，使用方法簡單，便於面廣量大的工程技術人員採用；可保證每座泵站肘形進水流道設計的質量，對於確保大中型泵站的安全、穩定和高效運行具有重要意義。
[0016]第二，本實用新型提供的肘形進水流道由直線段、肘彎段和圓臺段等3個部分組成，在直線段內設置中隔墩，所述直線段用於消除泵站前池來流中的橫向流速；所述肘彎段用於使水流作90°轉向，並同時作快速、有序的側向收縮，阻止水流在作90°轉向時產生脫流、旋渦等不良流態；所述圓臺段用於調整作90°轉向後的水流，使其均勻、順直地流向水泵葉輪室進口 ；應用本實用新型得到的肘形進水流道水流轉向有序、均勻，流道內無任何不良流態，水力性能優異。
[0017]第三，根據對已建泵站肘形進水流道主要尺寸的統計，其長度、寬度和高度的相對值(以水泵葉輪直徑D為基準值)比較接近。流道所有尺寸均用相對值表示,對於一般大中型立式泵站，將這些相對值乘以水泵葉輪直徑D即可得到所需的流道尺寸(單位為m)；流道的長度、高度和底板傾角可根據泵站的實際需要在一定範圍內很方便地進行調整。
[0018]第四，本實用新型提供的肘形進水流道水力性能優異:①根據20多年來對肘形進水流道的研究成果，選擇其中經過充分優化水力設計和嚴格性能測試、並得到普遍成功應用的肘形進水流道；②所述肘形進水流道的主要水力性能指標如下:流道出口水流速度分布均勻度Vu > 97% ;流道出口水流進入水泵葉輪室的平均角度^ >87° ?，設計流量的流道水力損失Ah < 0.12m。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1a是本實用新型肘形進水流道單線圖的縱剖面圖；
[0020]圖1b是本實用新型肘形進水流道單線圖的平面展開圖；
[0021]圖1c是圖1a和圖1b中的Ai—Ai斷面圖；
[0022]圖2a是本實用新型肘形進水流道肘彎段的縱剖面圖；
[0023]圖2b是本實用新型肘形進水流道肘彎段的平面展開圖；
[0024]圖3a是本實用新型肘形進水流道直線段長度調整縱剖面示意圖；
[0025]圖3b是本實用新型肘形進水流道直線段長度調整平面展開示意圖；
[0026]圖4a是本實用新型肘形進水流道直線段底邊傾角調整縱剖面示意圖；
[0027]圖4b是本實用新型肘形進水流道直線段底邊傾角調整平面展開示意圖；
[0028]圖5a是本實用新型肘形進水流道圓臺段高度調整縱剖面示意圖
[0029]圖5b是本實用新型肘形進水流道圓臺段高度調整平面展開示意圖；
[0030]圖中:1直線段，2肘彎段，3圓臺段，4中隔墩，5縱剖面上邊線，6縱剖面下邊線。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
[0032]本實用新型的目的:(I)提供一種適用面寬的肘形進水流道，該流道已經過嚴格測試，證明其水力性能優異，並已在大中型泵站得到普遍的成功應用；(2)提供的肘形進水流道由直線段1、肘彎段2和圓臺段3組成，其中，幾何形體簡單的直線段I和圓臺段3提供取值範圍，幾何形體複雜的肘彎段2提供詳細的斷面位置和斷面數據，流道所有幾何尺寸均以相對值表示(以水泵葉輪直徑D為基準值)；(3)將所述肘形進水流道各幾何參數相對值乘以泵站擬採用的水泵葉輪直徑D即可得該泵站進水流道的所需尺寸，直線段I和圓臺段3的參數可根據泵站的實際需要在一定範圍內調整，以適應不同泵站對流道長度、高度和底邊傾角等主要幾何參數的不同需要。
[0033](I)提供的肘形進水流道水力性能優異；
[0034]①根據20多年來對肘形進水流道的研究成果，選擇其中經過充分優化水力設計和嚴格性能測試、並得到普遍成功應用的肘形進水流道；
[0035]②所述肘形進水流道的主要水力性能指標如下:
[0036]流道出口水流速度分布均勻度Vu彡97% ;
[0037]流道出口水流進入水泵葉輪室的平均角度3彡87° ;
[0038]設計流量的流道水力損失Ah彡0.12m。
[0039](2)所提供的肘形進水流道幾何形體表達方式；
[0040]①將所述肘形進水流道分為直線段1、肘彎段2和圓臺段3等3部分；
[0041]②所述肘彎段2是肘形進水流道設計的核心部分，其作用是使水流有序地進行90°轉向，受離心力的影響,肘彎段的水流流態複雜,該段水力設計的優劣對流道水力性能影響很大；該段在作90°轉向的同時，斷面形狀由方變圓，幾何形體複雜；為保證流道水力設計的質量，該段的三維形體採用詳細斷面數據表示，提供該段斷面位置圖和斷面數據表，數據表中包括各斷面縱剖面上邊線5的坐標(Xli, Yli)、縱剖面下邊線6的坐標(X2i，Y2i)、斷面高度Hw1、斷面寬度Bwi和斷面過渡圓半徑Rwi等數據；
[0042]③所述直線段I位於肘彎段2之前，是泵站前池和肘彎段之間的過渡段，該段的幾何參數包括流道直線段長度L1、進口寬度B1、進口高度H1、底邊傾角β、流道進口的頂板圓弧半徑R ；
[0043]④所述圓臺段3位於肘彎段2出口斷面與流道出口斷面之間，其作用是調整肘彎段流出的水流流態，對流道出口水流流速分布均勻度Vu和水流進入水泵葉輪室的平均角度冱影響很大，該段的幾何參數包括圓臺高度H3、圓臺錐角Y、進口直徑D1、出口直徑D2 ;
[0044]⑤在所述直線段I中設置中隔墩4，其作用主要是滿足流道結構布置的需要，同時也有利於調整從前池進入流道的水流；所述中隔墩4分為頭部圓弧段、中部直段和尾部圓弧段等3部分，其幾何參數包括中隔墩長度Lg、厚度Bg、頭部圓弧半徑Rgl、尾部圓弧半徑Rg2。
[0045](3)建立便於推廣的肘形進水流道應用方法；
[0046]①將所述肘形進水流道各幾何尺寸參數相對值乘以泵站擬採用的水泵葉輪直徑D得該泵站進水流道的所需尺寸；
[0047]②所述直線段I的長度L1根據泵站上部結構布置的需要在已有尺寸的基礎上加長或縮短，該段尺寸的調整對流道水力性能基本沒有影響；
[0048]③所述直線段I的底邊傾角β根據肘彎段與泵站前池銜接的需要在一定的範圍內增加或減少，β改變後該段各斷面的高度保持不變；
[0049]④所述圓臺段3的高度H3根據泵站的實際需要在已有尺寸的基礎上適當增加或減少，H3的增加對提高肘形進水流道水力性能是有利的。
[0050]實施例1
[0051](I)本實用新型的肘形進水流道如下:
[0052]以水泵葉輪直徑D為基準值。本實用新型提供的肘形進水流道長度L為4.2D、進口寬度B1為2.4D、高度H為1.85D ;直線段I的長度L1為2.92D、進口高度H1為1.65D、底邊傾角β為5°、頂板圓弧半徑R = 0.25D+0.2m ;圓臺段3的高度H3 = 0.1065D+0.4367m、錐角Y為8°、進口直徑D1S 1.008D、出口直徑％為0.9730;中隔墩4的長度1^為2.?、厚度Bg = 0.1739D+0.1913m、頭部圓弧半徑Rgl = 0.3D、尾部圓弧半徑Rg2 = 3D ;肘彎段2的長度匕為1.08D、高度扎為1.42D、進口寬度民為2.4D、進口高度!12為0.83D ;肘彎段2各斷面的縱剖面上邊線5的坐標(Xli, Yli)、縱剖面下邊線6的坐標(X2i，Y2i)、斷面高度Hw1、斷面寬度Bw1、斷面過渡圓半徑Rwi等數據見表1，肘彎段2各斷面的位置如圖2所示；表I中肘彎段2縱剖面上邊線5和縱剖面下邊線6的坐標採用相對坐標系，其原點為肘彎段縱剖面進口下邊線坐標；表I中各數據為相對值(以水泵葉輪直徑D為基準值)。
[0053]表I肘彎段斷面數據表
[0054]斷面h邊線坐標下邊線坐標斷面高度斷面寬度過渡圓半輕
編號CTw1，Fwl)(JTw2, 7w2)Hvt-Bw
10.000 I 0.832 —Q.00Q| 0.000 — 0.8322.4000.000
20.0390.8190.107~Q.Q0Q0.8222.393~0.008
30,0780.8100.2140.0000.8212.376—0.019
40,1180,8030,3210.0000.8292.3500.035
50.1580.8000.428~0.0000,8452.317~0.057
60.1990.8000.5350.0000,8682.278—0.086
70.2390.8040.642Q.Q0QQ.8992.231—0.119
80.2790.8110.7490.0030.9352.177—0.150
90.3180.8230.856~0.0110.9742.116~0.181
100.3560.8390.9620.0271.0132.049—0.212
110.3910.8591.0660.052L0521.977—0.240
120.4230,8831.167~0.0871.0891.899~0,267
130.4520.9111.2630.1351,1231.8150.292
14" 0.477 ~ 0.944 ~ 1.349 0,19S1.148 ~ 1.7290.316
150.4950.9801.4230.2761.1651.643— 0.338
160.5101.0181.482~0.3641.1711.557~ 0.361
170.5211.0571.5270.4621.1681.4720.381
180.5311.0961.5580.5641.1571.3910.400
190.5391.1361.5780.6691.1391.3180.419
200.5461.1761.5910.7761.1181.2540.435
210.5531.2161.5970.8821.0961.1960.450
220.558~ 1.256— 1.599— 0,989—1.0751.1430.464
230,5631.2961.5991,0971.0551.0950.475
240.5681.3371.596~Γ.2031.0371.056~ 0.485
250.5721.3771.5911.3101,0211.0290.495
26I 0.576 I 1,417 丨 1.584 丨 1.417 | 1.0Q8 丨 I 廁 | 0.504 ■
[0055](2)本實用新型的應用方法如下:
[0056]①將所述肘形進水流道各幾何尺寸的相對值乘以泵站擬釆用的水泵葉輪直徑D得該泵站進水流道實際所需的尺寸，所述肘形進水流道肘彎段2各斷面的數據可調入excel表格中進行統一處理；
[0057]②所述肘形進水流道直線段I的長度L1為2.92D，根據泵站上部結構布置的需要在此基礎上改變L1, L1改變時相應改變所述中隔墩4的長度Lg，L1和Lg改變的方式如圖3所示，圖中，虛線表示L1和Lg改變後的直線段I和中隔墩4的型線，AL為L1的改變量；
[0058]③所述肘形進水流道直線段I的底邊傾角β為5°，根據肘彎段2與泵站前池銜接的需要在此基礎上改變β，其改變量△ β不大於5°，β改變後該段各斷面的高度保持不變，傾角改變的方式如圖4所示，圖中虛線表示β改變後的直線段I型線；
[0059]④所述肘形進水流道圓臺段3的高度H3 = 0.1065D+0.4367m、錐角Y為8°，根據泵站的實際需要改變H3,改變方式如圖5中所示，圓臺段3的進口直徑D1和出口直徑D2保持不變、錐角相應改變為Y』，圖中:虛線表示H3改變後的流道型線、AH3SH3的改變量，圓臺段高度H3的減少量不大於0.15D ；
[0060]⑤上述直線段I和圓臺段3幾何參數的調整均不改變肘彎段的幾何形體。
[0061](3)根據換算和調整後的所述肘形進水流道的幾何參數，在AUTO CAD軟體中繪製所需的肘形進水流道單線圖。
【權利要求】
1.一種水力性能優異的肘形進水流道，其特徵是，所述肘形進水流道包括直線段、肘彎段和圓臺段，肘彎段進水端設置直線段，肘彎段出水端設置圓臺段，直線段內設有中隔墩；以水泵葉輪直徑D為基準值，所述肘形進水流道長度L為4.2D、進口寬度B1為2.4D、高度H為1.8? ;所述直線段的長度L1為2.92D、進口高度氏為1.65D、底邊傾角β為5°、進口頂板圓弧半徑R = 0.2OT+0.2m;所述圓臺段的高度H3 = 0.1065D+0.4367m、錐角Y為8°、進口直徑D1為1.008D、出口直徑D2為0.973D ;所述中隔墩的長度Lg為2.5D、厚度Bg=0.1739D+0.1913m、頭部圓弧半徑Rgl = 0.3D、尾部圓弧半徑Rg2 = 3D ;所述肘彎段的長度L2為1.080、高度扎為1.42D、進口寬度B2為2.4D、進口高度!12為0.83D。
2.根據權利要求1所述的水力性能優異的肘形進水流道，其特徵是，所述肘彎段的三維形體採用斷面位置和斷面數據表示，斷面數據包括肘彎段各斷面的縱剖面上邊線坐標(Xli, Yli)、縱剖面下邊線坐標(X2i，Y2i)、斷面高度Hw1、斷面寬度Bwi和斷面過渡圓半徑Rwi。
【文檔編號】F04D29/54GK204025164SQ201420424951
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】陸林廣, 徐磊, 陸偉剛, 王海, 李亞楠 申請人:揚州大學