一種水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道的制作方法
【專利摘要】一種水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道，屬于水利工程泵站【技術(shù)領(lǐng)域】。所述肘形進(jìn)水流道其幾何形體的特征是由直線段、肘彎段和圓臺段3個部分組成，直線段中設(shè)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范圍，幾何形體復(fù)雜的肘彎段提供詳細(xì)的斷面位置和斷面數(shù)據(jù)；流道所有尺寸均用相對值表示，將這些相對值乘以泵站擬采用的水泵葉輪直徑即可得該泵站進(jìn)水流道的實際所需尺寸，所述直線段和圓臺段的參數(shù)可根據(jù)泵站的實際需要在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應(yīng)不同泵站對流道長度、高度和底邊傾角等主要幾何參數(shù)的不同需要。本實用新型可保證每座泵站肘形進(jìn)水流道的設(shè)計質(zhì)量，水力性能優(yōu)異、適用面寬、應(yīng)用方便，對于確保大中型泵站的f安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行具有重要意義。
【專利說明】一種水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于水利工程泵站【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道及其應(yīng)用方法，主要用于指導(dǎo)廣大工程技術(shù)人員設(shè)計水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道，保證每座大中型立式泵站肘形進(jìn)水流道設(shè)計的質(zhì)量。

【背景技術(shù)】
[0002]立式泵站在我國的應(yīng)用最為廣泛，肘形進(jìn)水流道是大中型立式軸流泵站最常用的進(jìn)水流道，其作用是在引導(dǎo)水流從前池流向水泵葉輪室的過程中有序轉(zhuǎn)向和均勻收縮，為水泵葉輪室進(jìn)口提供符合要求的流態(tài)。設(shè)計性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道是保證水泵安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的必要條件。南水北調(diào)東線一期工程14座新建立式泵站全部采用了肘形進(jìn)水流道。肘形進(jìn)水流道三維形體復(fù)雜，傳統(tǒng)的水力設(shè)計方法采用基于一維理論的“平均流速法”，與流道內(nèi)實際的三維湍流流動差距很大，肘形進(jìn)水流道的水力設(shè)計質(zhì)量缺少保證，所設(shè)計的流道不能滿足水泵葉輪對流場的要求，有時甚至?xí)诹鞯纼?nèi)產(chǎn)生旋渦等有害流態(tài)，嚴(yán)重影響泵站的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是提供了一種水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道，應(yīng)用本實用新型得到的肘形進(jìn)水流道水流轉(zhuǎn)向有序、均勻，流道內(nèi)無任何不良流態(tài)，水力性能優(yōu)異，確保實現(xiàn)泵站安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的目標(biāo)。
[0004]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道，包括直線段、肘彎段和圓臺段，肘彎段進(jìn)水端設(shè)置直線段，肘彎段出水端設(shè)置圓臺段，直線段內(nèi)設(shè)有中隔墩；以水泵葉輪直徑D為基準(zhǔn)值，所述肘形進(jìn)水流道長度L為4.2D、進(jìn)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(jìn)口高度氏為1.65D、底邊傾角β為5°、進(jìn)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(jìn)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(jìn)口寬度B2為2.4D、進(jìn)口高度H2 為 0.83D。
[0005]進(jìn)一步地，所述肘彎段的三維形體采用斷面位置圖和斷面數(shù)據(jù)表示，斷面數(shù)據(jù)包括肘彎段各斷面的縱剖面上邊線坐標(biāo)(Xli, Yli)、縱剖面下邊線坐標(biāo)^…^、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(yōu)異的肘形進(jìn)水流道的應(yīng)用方法，包括以下步驟:
[0007](I)肘形進(jìn)水流道包括直線段、肘彎段和圓臺段，直線段內(nèi)設(shè)有中隔墩；以水泵葉輪直徑D為基準(zhǔn)值，所述肘形進(jìn)水流道長度L為4.2D、進(jìn)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(jìn)口高度H1為1.65D、底邊傾角β為5°、進(jìn)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(jìn)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(jìn)口寬度B2為2.4D、進(jìn)口高度H2為0.83D ；
[0008](2)將所述肘形進(jìn)水流道各幾何尺寸的相對值乘以泵站擬采用的水泵葉輪直徑D得該泵站進(jìn)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(jìn)水流道直線段的長度L1為2.92D，根據(jù)泵站上部結(jié)構(gòu)布置的需要在此基礎(chǔ)上改變L1, L1改變時相應(yīng)改變所述中隔墩的長度Lg ；
[0010](4)所述肘形進(jìn)水流道直線段的底邊傾角β為5°，根據(jù)肘彎段與泵站前池銜接的需要在此基礎(chǔ)上改變β，其改變量△ β小于等于5°，β改變后該段各斷面的高度保持不變；
[0011](5)所述肘形進(jìn)水流道圓臺段的高度H3 = 0.1065D+0.4367m、錐角Y為8°，根據(jù)泵站的實際需要改變H3,該段的進(jìn)口直徑D1和出口直徑D2保持不變，其錐角則相應(yīng)改變?yōu)?'，圓臺段高度H3的減少量不大于0.15D ;
[0012](6)根據(jù)換算和調(diào)整后的所述肘形進(jìn)水流道的幾何參數(shù)，在繪圖軟件中繪制所需的肘形進(jìn)水流道單線圖。
[0013]進(jìn)一步地，所述肘彎段的三維形體采用斷面位置和斷面數(shù)據(jù)表示，斷面數(shù)據(jù)包括肘彎段各斷面的縱剖面上邊線坐標(biāo)(Xli, Yli)、縱剖面下邊線坐標(biāo)(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(xiàn)有技術(shù)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(jìn)水流道水力性能優(yōu)異，使用方法簡單，便于面廣量大的工程技術(shù)人員采用；可保證每座泵站肘形進(jìn)水流道設(shè)計的質(zhì)量，對于確保大中型泵站的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行具有重要意義。
[0016]第二，本實用新型提供的肘形進(jìn)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(nèi)設(shè)置中隔墩，所述直線段用于消除泵站前池來流中的橫向流速；所述肘彎段用于使水流作90°轉(zhuǎn)向，并同時作快速、有序的側(cè)向收縮，阻止水流在作90°轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生脫流、旋渦等不良流態(tài)；所述圓臺段用于調(diào)整作90°轉(zhuǎn)向后的水流，使其均勻、順直地流向水泵葉輪室進(jìn)口 ；應(yīng)用本實用新型得到的肘形進(jìn)水流道水流轉(zhuǎn)向有序、均勻，流道內(nèi)無任何不良流態(tài)，水力性能優(yōu)異。
[0017]第三，根據(jù)對已建泵站肘形進(jìn)水流道主要尺寸的統(tǒng)計，其長度、寬度和高度的相對值(以水泵葉輪直徑D為基準(zhǔn)值)比較接近。流道所有尺寸均用相對值表示,對于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(jù)泵站的實際需要在一定范圍內(nèi)很方便地進(jìn)行調(diào)整。
[0018]第四，本實用新型提供的肘形進(jìn)水流道水力性能優(yōu)異:①根據(jù)20多年來對肘形進(jìn)水流道的研究成果，選擇其中經(jīng)過充分優(yōu)化水力設(shè)計和嚴(yán)格性能測試、并得到普遍成功應(yīng)用的肘形進(jìn)水流道；②所述肘形進(jìn)水流道的主要水力性能指標(biāo)如下:流道出口水流速度分布均勻度Vu > 97% ;流道出口水流進(jìn)入水泵葉輪室的平均角度^ >87° ?，設(shè)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(jìn)水流道單線圖的縱剖面圖；
[0020]圖1b是本實用新型肘形進(jìn)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(jìn)水流道肘彎段的縱剖面圖；
[0023]圖2b是本實用新型肘形進(jìn)水流道肘彎段的平面展開圖；
[0024]圖3a是本實用新型肘形進(jìn)水流道直線段長度調(diào)整縱剖面示意圖；
[0025]圖3b是本實用新型肘形進(jìn)水流道直線段長度調(diào)整平面展開示意圖；
[0026]圖4a是本實用新型肘形進(jìn)水流道直線段底邊傾角調(diào)整縱剖面示意圖；
[0027]圖4b是本實用新型肘形進(jìn)水流道直線段底邊傾角調(diào)整平面展開示意圖；
[0028]圖5a是本實用新型肘形進(jìn)水流道圓臺段高度調(diào)整縱剖面示意圖
[0029]圖5b是本實用新型肘形進(jìn)水流道圓臺段高度調(diào)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(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0032]本實用新型的目的:(I)提供一種適用面寬的肘形進(jìn)水流道，該流道已經(jīng)過嚴(yán)格測試，證明其水力性能優(yōu)異，并已在大中型泵站得到普遍的成功應(yīng)用；(2)提供的肘形進(jìn)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提供取值范圍，幾何形體復(fù)雜的肘彎段2提供詳細(xì)的斷面位置和斷面數(shù)據(jù)，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(zhǔn)值)；(3)將所述肘形進(jìn)水流道各幾何參數(shù)相對值乘以泵站擬采用的水泵葉輪直徑D即可得該泵站進(jìn)水流道的所需尺寸，直線段I和圓臺段3的參數(shù)可根據(jù)泵站的實際需要在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應(yīng)不同泵站對流道長度、高度和底邊傾角等主要幾何參數(shù)的不同需要。
[0033](I)提供的肘形進(jìn)水流道水力性能優(yōu)異；
[0034]①根據(jù)20多年來對肘形進(jìn)水流道的研究成果，選擇其中經(jīng)過充分優(yōu)化水力設(shè)計和嚴(yán)格性能測試、并得到普遍成功應(yīng)用的肘形進(jìn)水流道；
[0035]②所述肘形進(jìn)水流道的主要水力性能指標(biāo)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(jìn)入水泵葉輪室的平均角度3彡87° ;
[0038]設(shè)計流量的流道水力損失Ah彡0.12m。
[0039](2)所提供的肘形進(jìn)水流道幾何形體表達(dá)方式；
[0040]①將所述肘形進(jìn)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(jìn)水流道設(shè)計的核心部分，其作用是使水流有序地進(jìn)行90°轉(zhuǎn)向，受離心力的影響,肘彎段的水流流態(tài)復(fù)雜,該段水力設(shè)計的優(yōu)劣對流道水力性能影響很大；該段在作90°轉(zhuǎn)向的同時，斷面形狀由方變圓，幾何形體復(fù)雜；為保證流道水力設(shè)計的質(zhì)量，該段的三維形體采用詳細(xì)斷面數(shù)據(jù)表示，提供該段斷面位置圖和斷面數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中包括各斷面縱剖面上邊線5的坐標(biāo)(Xli, Yli)、縱剖面下邊線6的坐標(biāo)(X2i，Y2i)、斷面高度Hw1、斷面寬度Bwi和斷面過渡圓半徑Rwi等數(shù)據(jù)；
[0042]③所述直線段I位于肘彎段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(shù)包括流道直線段長度L1、進(jìn)口寬度B1、進(jìn)口高度H1、底邊傾角β、流道進(jìn)口的頂板圓弧半徑R ；
[0043]④所述圓臺段3位于肘彎段2出口斷面與流道出口斷面之間，其作用是調(diào)整肘彎段流出的水流流態(tài)，對流道出口水流流速分布均勻度Vu和水流進(jìn)入水泵葉輪室的平均角度冱影響很大，該段的幾何參數(shù)包括圓臺高度H3、圓臺錐角Y、進(jìn)口直徑D1、出口直徑D2 ;
[0044]⑤在所述直線段I中設(shè)置中隔墩4，其作用主要是滿足流道結(jié)構(gòu)布置的需要，同時也有利于調(diào)整從前池進(jìn)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(shù)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)建立便于推廣的肘形進(jìn)水流道應(yīng)用方法；
[0046]①將所述肘形進(jìn)水流道各幾何尺寸參數(shù)相對值乘以泵站擬采用的水泵葉輪直徑D得該泵站進(jìn)水流道的所需尺寸；
[0047]②所述直線段I的長度L1根據(jù)泵站上部結(jié)構(gòu)布置的需要在已有尺寸的基礎(chǔ)上加長或縮短，該段尺寸的調(diào)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(jù)肘彎段與泵站前池銜接的需要在一定的范圍內(nèi)增加或減少，β改變后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(jù)泵站的實際需要在已有尺寸的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加或減少，H3的增加對提高肘形進(jìn)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(jìn)水流道如下:
[0052]以水泵葉輪直徑D為基準(zhǔn)值。本實用新型提供的肘形進(jìn)水流道長度L為4.2D、進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)口寬度民為2.4D、進(jìn)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(biāo)(Xli, Yli)、縱剖面下邊線6的坐標(biāo)(X2i，Y2i)、斷面高度Hw1、斷面寬度Bw1、斷面過渡圓半徑Rwi等數(shù)據(jù)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(biāo)采用相對坐標(biāo)系，其原點(diǎn)為肘彎段縱剖面進(jìn)口下邊線坐標(biāo)；表I中各數(shù)據(jù)為相對值(以水泵葉輪直徑D為基準(zhǔn)值)。
[0053]表I肘彎段斷面數(shù)據(jù)表
[0054]斷面h邊線坐標(biāo)下邊線坐標(biāo)斷面高度斷面寬度過渡圓半輕
編號CTw1，F(xiàn)wl)(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(yīng)用方法如下:
[0056]①將所述肘形進(jìn)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(jìn)水流道實際所需的尺寸，所述肘形進(jìn)水流道肘彎段2各斷面的數(shù)據(jù)可調(diào)入excel表格中進(jìn)行統(tǒng)一處理；
[0057]②所述肘形進(jìn)水流道直線段I的長度L1為2.92D，根據(jù)泵站上部結(jié)構(gòu)布置的需要在此基礎(chǔ)上改變L1, L1改變時相應(yīng)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改變后的直線段I和中隔墩4的型線，AL為L1的改變量；
[0058]③所述肘形進(jìn)水流道直線段I的底邊傾角β為5°，根據(jù)肘彎段2與泵站前池銜接的需要在此基礎(chǔ)上改變β，其改變量△ β不大于5°，β改變后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改變后的直線段I型線；
[0059]④所述肘形進(jìn)水流道圓臺段3的高度H3 = 0.1065D+0.4367m、錐角Y為8°，根據(jù)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(jìn)口直徑D1和出口直徑D2保持不變、錐角相應(yīng)改變?yōu)閅’，圖中:虛線表示H3改變后的流道型線、AH3SH3的改變量，圓臺段高度H3的減少量不大于0.15D ；
[0060]⑤上述直線段I和圓臺段3幾何參數(shù)的調(diào)整均不改變肘彎段的幾何形體。
[0061](3)根據(jù)換算和調(diào)整后的所述肘形進(jìn)水流道的幾何參數(shù)，在AUTO CAD軟件中繪制所需的肘形進(jìn)水流道單線圖。
【權(quán)利要求】
1.一種水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道，其特征是，所述肘形進(jìn)水流道包括直線段、肘彎段和圓臺段，肘彎段進(jìn)水端設(shè)置直線段，肘彎段出水端設(shè)置圓臺段，直線段內(nèi)設(shè)有中隔墩；以水泵葉輪直徑D為基準(zhǔn)值，所述肘形進(jìn)水流道長度L為4.2D、進(jìn)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(jìn)口高度氏為1.65D、底邊傾角β為5°、進(jìn)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(jìn)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(jìn)口寬度B2為2.4D、進(jìn)口高度!12為0.83D。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力性能優(yōu)異的肘形進(jìn)水流道，其特征是，所述肘彎段的三維形體采用斷面位置和斷面數(shù)據(jù)表示，斷面數(shù)據(jù)包括肘彎段各斷面的縱剖面上邊線坐標(biāo)(Xli, Yli)、縱剖面下邊線坐標(biāo)(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(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】陸林廣, 徐磊, 陸偉剛, 王海, 李亞楠 申請人:揚(yáng)州大學(xué)