本发明属于水利工程市政雨污排水技术领域，具体涉及一种改善城市污水提升泵站进水流态的方法。
背景技术：
随着我国城市化和工业化进程的加快，城市污水排放量也呈逐年增加趋势，导致自然水体不断恶化，水资源污染形势十分严峻。为防治水污染、缓解水资源短缺，近年来国家加大对城镇污水处理系统设施建设的投资力度。作为预处理的重要环节，污水提升泵站在城市污水处理系统中发挥着不可忽视的作用，有利于我国智慧城市、海绵城市的建设。由于受城市用地紧张限制，污水提升泵站占地面积偏小、建筑物结构较紧凑，尤其是当采用多向进流形式时会导致水流侧向而造成集水池内存在横向流且表层流速大，容易诱发表面涡等不良流动现象，难以保证水泵机组具有良好的进水流态，严重影响污水提升泵站运行的安全稳定性。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述问题，提出一种改善城市污水提升泵站进水流态的方法。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
一种改善城市污水提升泵站进水流态的方法，在泵站集水池前端设置组合式整流装置，所述组合式整流装置是由挡水板、挡水横梁、横梁以及挡水坡组成，所述泵站集水池的长度为l、宽度为w，泵站运行水深为h，泵站进水管直径为d且其中心线距离集水池底的高度h0=（0.4~0.6）h，0.4~0.6倍的泵站运行水深是本申请人根据现有地下雨污排水管网的埋深要求取得的最佳范围；
所述挡水板两端与集水池两侧边壁相连正对泵站主流方向布置，挡水板为折形板结构，厚度e1=（0.04~0.06）h，厚度e1太薄会引起结构强度不够、太厚则会浪费材料且过多占据集水池容积，挡水板上部为垂直集水池底面的直板、下部为与集水池前壁相连的斜板，所述折形挡水板将集水池前端分隔形成进水仓；
所述挡水直板与集水池前壁间距l1=（0.2~0.3）l，间距l1太大不能对进流起到消能效果、同时会过多占据集水池容积，l1太小则会引起进流不畅，挡水直板顶部与集水池底距离h1=（1.05~1.1）h，以保证挡水板起到挡水的作用；挡水直板顶部均匀布置矩形过流孔，顶部过流孔的数量s1=4~10，在挡水直板顶部布设过流孔可使少部分水流通过其进入集水池表层，从而能有效避免集水池底部过流量偏大而引起挡水板后方形成较大范围的反向回流区，挡水板顶部过流孔的宽度b1=（0.01~0.02）w，宽度b1太大会造成过多水流进入集水池表层而引起表面涡、过小则过水阻力偏大，顶部过流孔的高度h2=（0.1~0.2）h，以适应集水池水位的10~20%的常见变幅；所述挡水直板中部开有矩形断面通水孔，中部通水孔的数量s2=2~8，可使少量水流通过中部通水孔进入集水池，所述中部通水孔的宽度b2=（0.01~0.02）w、高度h3=（0.1~0.2）h，中部通水孔距离进水管较近，其尺寸过大会造成过多水流直接进入集水池，中部通水孔距离集水池底面的距离h4=（0.5~0.6）h；
所述挡水斜板上沿集水池前壁开设垂直池底面的矩形通水孔，挡水斜板上通水孔的数量s3是与泵站水泵机组数量相同且两者的中心线对齐，底部通水孔矩形断面的宽度b3=k×w/s3，其中k=0.4~0.6，宽度b3太窄不利于过流、太宽则会引起斜墙结构强度不足，矩形断面的高度h5=（0.08~0.1）l，高度太低不利于过流；所述挡水斜板与水平面夹角θ=0°~15°，本申请人研究分析证明θ角过大不利于底部通水孔出流；所述挡水直板与斜板相交处与泵站进水管中心线垂直距离h6=（0.5~0.6）d，距离h6太大会造成挡水板下部过流截面变小、太小会增大挡水斜板通水孔出流阻力；
所述挡水直板与集水池前壁之间，沿泵站中心线对称布置挡水横梁，挡水横梁水平中心线与泵站进水管路中心线齐平，对直冲进流起到分流均化作用，挡水横梁断面为矩形，挡水横梁矩形断面的高度h7=（0.4~0.6）d，高度h7太高会过多的阻挡进流、太低则分流均化作用不足，宽度b4=（0.2~0.3）d，在保证其结构强度的同时以尽可能节省材料和成本；
所述挡水斜板底部通水孔正下方设有挡水坡以实现对水流流向的整流，挡水坡坡角β=40°~50°，本申请人研究证明40°~50°是将水流从垂直变为水平流向的最佳范围，挡水坡顶距离集水池底面高度h8=（0.15~0.2）h，高度太低会使其整流效果不佳，高度太高易造成底部主流超过水泵进口高程而不利于水泵进流；
所述挡水直板下方设有横梁且其两端与集水池两侧边墙相连，横梁数量s4=2，横梁数量太多容易引起较大水力损失、数量太少则不利于调整水流，横梁高度h9=（0.04~0.08）h，高度过小对水流的整流效果不佳、过大会造成过流截面减小，横梁厚度与挡水直板厚度相同，两横梁间距h10=（0.04~0.08）h，两者间距过大将影响组合梁的整流效果；
优选地，本发明所述挡水板、挡水横梁、横梁以及挡水坡为金属结构或钢筋混凝土结构，以保障组合式整流装置能够满足污水提升泵站的设计施工使用要求。
作为一个优选实施例，所述泵站集水池长度l为8m、宽度w为7.2m，泵站运行水深h为5m，泵站进水管为正向和右侧向进流，进水管直径d为1m且距离集水池底高度h0为2.5m，挡水直板与集水池前壁间距l1为1.6m，挡水板厚度e1为0.25m，挡水直板顶部与集水池底距离h1为5.25m，挡水直板顶部过流孔数量s1为10、宽度b1为0.1m、高度h2为0.5m，挡水直板中部通水孔的数量s2为8、宽度b2为0.1m、高度h3为0.5m、距离集水池底距离h4为2.85m，挡水斜板上通水孔的数量s3为4，与泵站水泵机组数量相同且两者的中心线对齐，底部通水孔矩形断面的宽度b3为0.75m、高度h5为0.75m，挡水斜板与水平面夹角θ为10°，所述挡水直板与斜板相交处与泵站进水管中心线垂直距离h6为0.57m，所述挡水横梁断面高度h7为0.4m、宽度b4为0.25m，挡水坡坡角β为45°，挡水坡顶距离集水池底面高度h8为0.85m，所述挡水直板下方横梁的数量s4为2、高度h9为0.3m、厚度e2为0.25m，两横梁间距h10为0.3m。
作为另一个优选实施例，所述泵站集水池长度l为8m、宽度w为7.2m，泵站运行水深h为5m，泵站进水管为正向和右侧向进流，进水管直径d为1m且距离集水池底高度h0为3m，挡水直板与集水池前壁间距l1为2.4m，挡水板厚度e1为0.3m，挡水直板顶部与集水池底距离h1为5.5m，挡水直板顶部过流孔数量s1为4、宽度b1为0.144m、高度h2为1m，挡水直板中部通水孔数量s2为2、宽度b2为0.144m、高度h3为1m，中部通水孔距离集水池底面距离h4为2.5m，挡水斜板上通水孔的数量s3为4，与泵站水泵机组数量相同且两者的中心线对齐，底部通水孔矩形断面的宽度b3为1.08m、高度h5为0.8m，挡水斜板与水平面夹角θ=0°，所述挡水直板与斜板相交处与泵站进水管中心线垂直距离h6为0.6m，所述挡水横梁断面高度h7为0.6m、宽度b4为0.3m，挡水坡坡角β为50°，挡水坡顶距离集水池底面高度h8为1m，所述挡水直板下方横梁的数量s4为2、高度h9为0.4m、厚度e2为0.3m，两横梁间距h10为0.2m。
作为另一个优选实施例，所述泵站集水池长度l为8m、宽度w为7.2m，泵站运行水深h为5m，泵站进水管为正向和右侧向进流，进水管直径d为1m且距离集水池底高度h0为2.8m，挡水直板与集水池前壁间距l1为2m，挡水板厚度e1为0.2m，挡水直板顶部与集水池底距离h1为5.4m，挡水直板顶部过流孔数量s1为8、宽度b1为0.072m、高度h2为0.6m，挡水直板中部通水孔数量s2为6、宽度b2为0.072m、高度h3为0.6m，中部通水孔距离集水池底面距离h4为3m，挡水斜板上通水孔的数量s3为4，与泵站水泵机组数量相同且两者的中心线对齐，底部通水孔矩形断面的宽度b3为0.72m、高度h5为0.64m，挡水斜板与水平面夹角θ为15°，所述挡水直板与斜板相交处与泵站进水管中心线垂直距离h6为0.5m，所述挡水横梁断面高度h7为0.5m、宽度b4为0.2m，挡水坡坡角β为40°，挡水坡顶距离集水池底面高度h8为0.75m，所述挡水直板下方横梁的数量s4为2、高度h9为0.2m、厚度e2为0.2m，两横梁间距h10为0.4m。
本发明的有益效果是：
本发明所述的改善城市污水提升泵站进水流态的方法，利用组合式整流装置来实现均化、分流提升泵站不同形式的进流，有利于降低集水池表层流速且抑制横向流动，同时提高其底部流速，从而可有效防止表面涡的产生以及保障不同运行工况下泵站各水泵机组进水池具有良好的进水流态，对于确保城市污水提升泵站的安全稳定高效运行具有重要的工程应用价值。
本发明的结构形式简单，容易施工制作，尤其适合在采用正向、侧向以及多向等不同进流形式城市污水提升泵站的建设与改造工程中推广使用。
附图说明
图1是本发明的立面布置示意图；
图2是本发明实施例的平面结构尺寸示意图；
图3是本发明实施例的整流装置立面结构尺寸示意图；
图4是图3的a-a断面结构尺寸示意图；
图5是本发明实施例整流前后各运行水泵进口断面垂向平均流速分布对比图，其中5a是整流前各水泵进口断面垂向平均流速分布图，5b是实施例1整流后各运行水泵进口断面垂向平均流速分布图；5c是实施例2整流后各运行水泵进口断面垂向平均流速分布图；5d是实施例3整流后各运行水泵进口断面垂向平均流速分布图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1~4所示，本发明涉及集水池1、进水管2、挡水板3、顶部过流孔4、中部通水孔5、底部通水孔6、挡水横梁7、挡水坡8、横梁9、分隔墩10、水泵机组11等技术特征。
一种改善城市污水提升泵站进水流态的方法，泵站集水池1前端设置组合式整流装置，所述泵站集水池1的长度为l、宽度为w，泵站运行水深为h，泵站进水管2直径为d且其中心线距离集水池1底面高度h0=（0.5~0.6）h，所述组合式整流装置是由挡水板3、横梁7和9、挡水坡8组成；
所述挡水板3两端与集水池1两侧边壁相连，正对泵站主流方向布置，所述挡水板3为折形板结构，厚度e1=（0.04~0.06）h，挡水板3上部为垂直集水池1底面的直板、下部为与集水池1前壁相连的斜板，所述折形挡水板3将集水池1前端分隔形成进水仓；
所述挡水直板与集水池1前壁间距l1=（0.2~0.3）l，挡水直板顶部与集水池1底距离h1=（1.05~1.1）h，挡水直板顶部均匀布置矩形过流孔4且其数量s1=4~10，顶部过流孔4的宽度b1=（0.01~0.02）w、高度h2=（0.1~0.2）h，挡水直板中部开有矩形断面的通水孔5，中部通水孔5的数量s2=2~8、宽度b2=（0.01~0.02）w、高度h3=（0.1~0.2）h，中部通水孔5距离集水池1底面距离h4=（0.5~0.6）h；
所述挡水斜板上沿集水池1前壁开设垂直池底面的矩形通水孔6，底部通水孔6的数量s3与泵站水泵机组11数量相同且两者的中心线对齐，底部通水孔6矩形断面的宽度b3=k×w/s3且k=0.4~0.6、高度h5=（0.08~0.1）l，所述挡水斜板与水平面夹角θ=0°~15°，所述挡水直板与斜板相交处与进水管2中心线垂直距离h6=（0.5~0.6）d；
所述挡水直板与集水池1前壁之间沿泵站中心线对称布置挡水横梁7，所述挡水横梁7水平中心线与进水管2中心线在水深方向上齐平，挡水横梁7断面为矩形，矩形断面的高度h7=（0.4~0.6）d、宽度b4=（0.2~0.3）d；
所述底部通水孔6正下方设有挡水坡8，挡水坡8的坡角β=40°~50°，挡水坡8顶部距离集水池1底面高度h8=（0.15~0.2）h；
所述挡水直板下方设有与集水池1两侧边墙相连的横梁9，横梁9的数量s4=2、单根横梁的高度h9=（0.04~0.08）h、厚度e2=e1，两横梁间距h10=（0.04~0.08）h。
以上所述挡水板3、挡水横梁7、横梁9以及挡水坡8为金属结构或钢筋混凝土结构，可在提升泵站工程建设或改造现场进行焊接或浇筑成型。
实施例1
本实施例带有本发明所提出的组合式整流装置的城市污水提升泵站平面、整流装置立面结构尺寸及典型截面示意图如图2~4所示。
泵站集水池1长度l=8m、宽度w=7.2m，泵站运行水深h=5m，正向进水管2a和右侧向进水管2b的直径d=1m且距离集水池1底高度h0=0.5h=2.5m，挡水直板与集水池1前壁间距l1=0.2l=1.6m，挡水板3厚度e1=0.05h=0.25m，挡水直板顶部与集水池1底距离h1=1.05h=5.25m，挡水直板顶部过流孔4数量s1=10、宽度b1=0.0139w=0.1m、高度h2=0.1h=0.5m，挡水直板中部通水孔5的数量s2=8、宽度b2=0.0139w=0.1m、高度h3=0.1h=0.5m、距离集水池底距离h4=0.57h=2.85m，挡水斜板上通水孔6的数量s3=4，与泵站水泵机组数量相同且两者的中心线对齐，底部通水孔6矩形断面的宽度b3=0.417×7.2/4=0.75m、高度h5=0.09375l=0.75m，挡水斜板与水平面夹角θ=10°，所述挡水直板与斜板相交处与泵站进水管2中心线垂直距离h6=0.57d=0.57m，所述挡水横梁7断面高度h7=0.4d=0.4m、宽度b4=0.25d=0.25m，挡水坡8坡角β=45°，挡水坡8顶距离集水池1底面高度h8=0.17h=0.85m，所述挡水直板下方横梁9的数量s4=2、高度h9=0.06h=0.3m、厚度e2=e1=0.25m，两横梁间距h10=0.06h=0.3m；挡水板3、挡水横梁7、横梁9以及挡水坡8采用钢筋混凝土制作。
实施例2
本实施例所述的组合式整流装置，与实施例1不同之处在于：泵站进水管2a、2b距离集水池1底高度h0=0.6h=3m，挡水直板与集水池1前壁间距l1=0.3l=2.4m，挡水板3厚度e1=0.06h=0.3m，挡水直板顶部与集水池1底距离h1=1.1h=5.5m，挡水直板顶部过流孔4数量s1=4、宽度b1=0.02w=0.144m、高度h2=0.2h=1m，挡水直板中部通水孔5数量s2=2、宽度b2=0.02w=0.144m、高度h3=0.2h=1m，中部通水孔5距离集水池1底面距离h4=0.5h=2.5m，挡水斜板上的底部通水孔6矩形断面的宽度b3=0.6×7.2/4=1.08m、高度h5=0.1l=0.8m，挡水斜板与水平面夹角θ=0°，所述挡水直板与斜板相交处与泵站进水管2中心线垂直距离h6=0.6d=0.6m，所述挡水横梁7断面高度h7=0.6d=0.6m、宽度b4=0.3d=0.3m，挡水坡8坡角β=50°，挡水坡8顶距离集水池1底面高度h8=0.2h=1m，所述挡水直板下方横梁9高度h9=0.08h=0.4m、厚度e2=e1=0.3m，两横梁间距h10=0.04h=0.2m；挡水板3、挡水横梁7、横梁9以及挡水坡8采用金属材料制作。
实施例3
本实施例所述的组合式整流装置，与实施例1和2不同之处在于：泵站进水管2a、2b距离集水池1底高度h0=0.56h=2.8m，挡水直板与集水池1前壁间距l1=0.25l=2m，挡水板3厚度e1=0.04h=0.2m，挡水直板顶部与集水池1底距离h1=1.08h=5.4m，挡水直板顶部过流孔4数量s1=8、宽度b1=0.01w=0.072m、高度h2=0.12h=0.6m，挡水直板中部通水孔5的数量s2=6、宽度b2=0.01w=0.072m、高度h3=0.12h=0.6m，中部通水孔5距离集水池1底面距离h4=0.6h=3m，挡水斜板上的底部通水孔6矩形断面的宽度b3=0.4×7.2/4=0.72m、高度h5=0.08l=0.64m，挡水斜板与水平面夹角θ=15°，所述挡水直板与斜板相交处与泵站进水管2中心线垂直距离h6=0.5d=0.5m，所述挡水横梁7断面高度h7=0.5d=0.5m、宽度b4=0.2d=0.2m，挡水坡8坡角β=40°，挡水坡8顶距离集水池1底面高度h8=0.15h=0.75m，所述挡水直板下方横梁9的高度h9=0.04h=0.2m、厚度e2=e1=0.2m，两横梁间距h10=0.08h=0.4m。
如图5所示，采用三维流动数值模拟方法，对比分析采用本发明上述实施例的组合式整流装置进行整流前、后各水泵进口前过流断面垂向平均流速分布的情况，图5中单位为m/s，其中开泵台数为3台，开泵组合为a、b、d。图5a是未采用本发明所述整流装置，即未使用本发明所述整流装置进行整流的过流断面流速分布的情况，据图可以发现，各水泵进口的流速分布非常不均匀，这是因为泵站前池内存在横向流、表层流速大、表面涡等不良流动现象导致的。根据图5b、5c、5d可以看出，经本发明整流后的各水泵进口的流速分布变得较为均匀，证明本发明所提出的组合式整流装置能够显著提高水泵的进流条件，流速分布较均匀，有助于确保泵站及水泵机组的安全、高效、稳定运行。
以上结合附图对本发明实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。