一种调控泵站前池扩散流动的结构及方法与流程

本发明涉及泵站工程的进水结构，具体地说是一种调控泵站前池扩散流动的结构（即梳型组合板），以及利用梳型组合板调控泵站前池扩散流动的方法，属于水利工程技术领域，尤其是水力机械、泵系统技术领域。

背景技术：

前池是泵站进水建筑物的重要组成部分，前池水流的流态直接影响泵装置的性能，改善前池水流的流态，可以为水泵提供良好的进水条件，有利于泵站的经济运行。多机组泵站正向进水前池在平面上呈梯形，前池扩散角是影响前池的水流流态及尺寸的主要因素，前池扩散角过大，工程量小，但水流扩散速度过快，易在前池中形成回流或漩涡，前池扩散角过小，水流扩散平缓，前池流态较好，但工程量又会增大。实际上大多数泵站的前池，因为不同的原因，譬如不同的机组运行组合等，即使在前池扩散角不大的情况下，前池中依然存在回流和旋涡。因此，消除前池中的不良流态，对改善泵站进水条件，保证泵站高效安全运行具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决多机组泵站进水前池形成的回流或漩涡，导致进水条件恶化，影响水泵机组性能，降低效率，危害安全的问题，提出一种调控泵站前池扩散流动的结构及方法。本发明可减小进水的水流实际扩散角，使水流扩散平缓；分隔水流，减少回流区对主流的挤压；拦阻偏流，在水面中上层形成旋滚，迫使水流在横向重新分布，以达到转移、消除前池回流旋涡，改善前池流态，保证泵机组正常运行的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个目的是提供一种调控泵站前池扩散流动的结构，包括引渠、前池、进水池以及进水池之间的隔墩、进水池内的水泵吸水管，其特征是，所述前池设有若干分流板以及一块弧形带状板，若干分流板固定于前池，并与隔墩一一对应，所述弧形带状板固定于若干分流板的后端，将若干分流板连成梳型组合板。

优选的，所述弧形带状板的平面形状为圆弧形，外侧半径为0.9l，l为前池长度；该弧形带状板的径向厚度为0.1b，b为进水池宽度；该弧形带状板高度为0.2hw，hw为前池水深。

优选的，所述弧形带状板下缘到前池底的距离为0.2hw，hw为前池水深。

优选的，所述分流板的后端与弧形带状板的外侧齐平，所述分流板沿圆周向均匀分布，间隔圆心角为α1，α1=α/（ng+1），α为前池的扩散角，ng为隔墩数量。

优选的，所述分流板底部与前池底板相连，竖直高度为hw，hw为前池水深；所述分流板长度为（0.3~0.33）l，l为前池长度，厚度为≤0.1b，b为进水池宽度，且所述分流板的两端为圆弧形。

优选的，所述弧形带状板与分流板在其下方构成ng+1个出流孔，ng为隔墩数量，所述出流孔与进水池一一对应。

优选的，所述梳型组合板采用钢筋混凝土结构，或者金属框架/玻璃钢组合结构。

本发明的第二个目的是提供一种利用梳型组合板调控泵站前池扩散流动的方法，其特征是，当引渠水流进入前池后，立即由若干分流板进行初步分流，然后通过弧形带状板，在其后方形成横向旋滚，横向旋滚使水流混掺，动量交换，水流压力、流速重新分布，弧形板与实际过水断面更为接近，有利于水流再分布；同时弧形带状板下方的ng+1个出流孔约束前池底部水流的扩散流动，阻碍了剪切偏流的形成，达到消除前池两侧旋涡的目的。

本发明的有益效果如下：

本发明适用于各种泵站的正向进水前池，能够有效改善前池的流态，消除前池的漩涡和回流，使前池和进水池内的水流更加平顺，为水泵进水提供良好的进水条件，有利于泵站的安全经济运行。本发明结构简单，技术可靠，易于实施，工程量小，经济效益大。本发明的技术可靠，易于实施，效益明显，应用前景广阔。

附图说明

图1（a）为本发明整体进水结构纵剖视图；

图1（b）为图1（a）中a-a断面右视图；

图1（c）为本发明整体进水结构平面图；

图2（a）为本发明梳型组合板立面剖视图；

图2（b）为本发明梳型组合板右视展开图；

图2（c）为本发明梳型组合板平面图；

图3为本发明进水结构的三维透视图；

图4为原设计前池内的流线图；

图5为本发明前池内设置梳型组合板后的流线图；

图中：1引渠、2前池、3进水池、4水泵吸水管、5隔墩、6分流板、7弧形带状板、8最高水位线（前池水深）。

具体实施方式

本发明适用于多机组泵站进水前池，按照本设计要求设计绘图。

一种调控泵站前池扩散流动的结构，包括引渠1、泵站扩散型前池2、在前池内设置的梳型组合板、与前池相连的若干并列设置的水泵进水池3、进水池内的水泵吸水管4、各相邻进水池之间的隔墩5。

梳型组合板由弧形带状板（梳背）和分流板（梳齿）组成，在平面上呈梳形。分流板的数量与进水池隔墩数量（ng）相同，逐一对应；分流板（梳齿）后部与弧形带状板相连，后端与弧形带状板的外侧齐平。

弧形带状板（梳背）的平面形状为圆弧形，外侧半径为0.9l，l为前池长度；板的径向厚度为0.1b，b为进水池宽度；弧形带状板竖直高度为0.2hw，弧形带状板下缘到前池底的距离为0.2hw，hw为最高水位线（前池水深）。

分流板在一定半径的圆周环形排列，间隔圆心角为α1，α1=α/（ng+1），α为前池的扩散角，ng为隔墩数量。分流板底部与前池底板固定相连，竖直高度为hw；分流板长度为（0.3~0.33）l左右，厚度为≤0.1b；分流板的两端为圆弧形。

梳型组合板采用钢筋混凝土结构现场整体浇筑，也可以用预制构件拼装；或者采用金属框架/玻璃钢组合结构，与前池底部固定联接拼装。

本发明整流的原理是：当引渠水流进入的前池后，立即由分流板进行初步分流，然后通过弧形带状板，在其后方形成横向旋滚，横向旋滚使水流混掺，动量交换，水流压力、流速重新分布，弧形板与实际过水断面更为接近，有利于水流再分布；同时弧形带状板与分流板在其下方构成ng+1个出流孔，约束前池底部水流的扩散流动，阻碍了剪切偏流的形成，达到消除前池两侧旋涡的目的。

本发明分流板、弧形带状板的厚度、高度、长度及位置参数系根据数值模拟计算结果确定，相应的进水流态为最佳状态，能满足水泵机组运行的要求。

本发明有利于多机组泵站改善前池的进水流态，消除大尺度回流和旋涡，提高前池的流速分布均匀度，保障水泵机组的安全运行。图4为原设计前池内的水流流态，5台机组全部运行，此时前池内两侧出现较大尺度回流和旋涡，严重影响前池出口流速分布均匀性。图5所示为采用本发明的梳型组合板后的前池水流流态的数值模拟计算结果，结果显示，前池两侧的旋涡已经完全消除，进水池内的旋涡也已经大为减弱，对运行机组没有危害性影响；对其余各种部分机泵组合也进行了数值模拟，都得到了满意的流态，前池出口的流速分布明显改善，保证了水泵所需的良好进水条件。