一种增设分流装置的泵站虹吸式出水管的制作方法

本发明涉及一种增设分流装置的泵站虹吸式出水管，属于水利工程泵站技术领域。

背景技术：

对于立式或斜式轴流泵站，当出水池水位变幅不大时，常采用虹吸式出水管，配以真空破坏阀断流方式，驼峰断面宜设计成扁平状。虹吸式出水管驼峰底部高程高于出水池最高水位，水泵机组启动过程中，水泵扬程增高，负荷增大，管内水气两相流动随着时间的变化亦发生复杂的变化，压力变化剧烈，设计水力性能优异且能较好形成虹吸满管流的出水管是保证泵站安全、稳定和高效运行的必要条件。传统的泵站虹吸式出水管水力设计通常仅考虑稳定虹吸作用时的水力性能，忽视了水泵启动过程中的虹吸管流动特征，所设计的虹吸管有时会存在虹吸形成时间过长，甚至流量较小时在虹吸管驼峰顶部产生滞留气团，难以形成较好的满管流动，从而造成虹吸管过流通道被挤压，管内水力损失增大，影响泵站的安全、稳定和高效运行。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种增设分流装置的泵站虹吸式出水管，其具体技术方案如下：

一种增设分流装置的泵站虹吸式出水管，该出水管的一端为出水管进水端，另一端为出水管出水端，从出水管进水端到出水管出水端依次为弯管段、上升段、过渡段、驼峰段、下降段和出口段，

所述出水管进水端的横截面为圆形，所述出水管出水端的横截面为矩形，

所述弯管段向上圆弧弯曲，所述上升段和过渡段均直线上升倾斜，所述驼峰段呈向下半圆弧形弯曲，所述下降段直线倾斜下降，所述出口段呈向上圆弧形弯曲，所述弯管段、上升段、过渡段、驼峰段、下降段和出口段依次连贯连接；

所述弯管段和上升段的横截面均呈圆形，所述弯管段与上升段的连接处渐进扩大，所述过渡段的横截面呈扁平的圆角矩形形状，所述过渡段的横截面渐进缩小连接到驼峰段，所述驼峰段、下降段和出口段均为矩形形状，且从驼峰段的扁平的矩形形状过渡到竖向矩形形状，

所述驼峰段内设置有分流装置，所述分流装置的入流端靠近驼峰段入口，所述分流装置的出流端靠近驼峰段出口，所述分流装置与驼峰段平行布置，所述分流装置的左右两侧与驼峰段的水平内壁连接。

所述分流装置固定安装在驼峰段中，或者可调节式安装在驼峰段中，

当分流装置固定安装在虹吸管驼峰段中时，所述分流装置的入流端和出流端均水平横向贯穿设有固定轴，所述固定轴的两端分别延伸出驼峰段的管壁，所述固定轴的端部与驼峰段的管壁密封固定；

当分流装置可调节式安装在驼峰段中时，所述分流装置的入流端水平横向贯穿有固定轴，所述固定轴的两端分别延伸出驼峰段的管壁，所述固定轴的端部与驼峰段的管壁密封固定，所述分流装置的出流端横向贯穿有活动轴，所述驼峰段的水平内壁设置有纵向弧形弯曲的槽道，所述活动轴的两端均设置有机械起动装置，所述机械起动装置插在对应的槽道中，且所述机械起动装置能够在槽道的弧形弯曲方向上移动。

所述分流装置的入流端厚度为0，分流装置的出流端为半圆弧形，分流装置的上下边线均向上弧形弯曲。

所述分流装置的入流端和出流端厚度均为0，分流装置的上边线向上弧形弯曲，所述分流装置的下边线向下弧形弯曲。

所述分流装置入流端位于驼峰段入口截面与驼峰段垂直截面之间，分流装置入流端截面与驼峰段入口截面夹角α₃为0≤α₃≤α，所述α为上升段的上升角度。

所述分流装置出流端位于驼峰段垂直截面与驼峰段出口截面之间，分流装置出流端截面与驼峰段出口截面夹角α₆为所述β为下降段的下降角度。

所述分流装置出流端半径r为0≤r≤0.1H，所述H为驼峰段的断面高度。

所述分流装置入流端的上层进口高度H₁为0.5H≤H₁≤0.6H，分流装置入流端的下层进口高度H₂为0.4H≤H₂≤0.5H，其中H₁+H₂＝H，所述H为驼峰段的断面高度。

所述分流装置出流端的上层出口高度H₃为0.35H≤H₃≤0.5H，分流装置出流端的下层出口高度H₄为0.45H≤H₄≤0.55H，其中H₃+H₄+2r＝H，所述H为驼峰段的断面高度，r为分流装置出流端半径。

本发明的有益效果是：

本发明的分流装置可有效调整虹吸管驼峰段流速分布，增大驼峰段上层流速，加快驼峰段顶部气团的挟带排出，有利于更快形成虹吸满流状态；并可有效避免小流量工况下虹吸管内产生滞留气团、难以形成虹吸满流的情况。

本发明的分流装置出流端可设置为上下调节结构，可根据运行工况调节分流装置出流端上下层的出流比例，扩宽了分流装置改善泵站虹吸式出水管虹吸作用过程的运行工况范围。

本发明使用方法简单，安装方便，便于工程技术人员采用，可保证虹吸式出水管水力设计的质量，对泵站的安全、稳定和高效运行具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是图1中的各段截面视图，

其中1-1表示弯管段的截面视图、2-2表示上升段的截面视图、3-3表示过渡段的截面视图、4-4表示驼峰段的截面视图、5-5表示下降段的截面视图、6-6表示出口段的截面视图，

图3是本发明实施例一的驼峰段的结构放大示意图，

图4是本发明实施例二的驼峰段的结构放大示意图，

图5是本发明的分流装置作用原理示意图，

图6是本发明的分流装置的安装布置示意图，

图7是图6的俯视图布置示意图，

图8是本发明的可调节分流装置出水端上下调节工作原理示意图，

图9是图8的俯视图布置示意图，

图10是本发明实施例一分流装置布置示意图，

图11是本发明实施例二分流装置布置示意图，

图12是本发明所述分流装置实施例一数值模拟流场分布图(T＝32s)，

图13是本发明所述分流装置实施例二数值模拟流场分布图(T＝30s)，

图14是未增加分流装置实施例数值模拟流场分布图(T＝36s)，

图中：1-弯管段，2-上升段，3-过渡段，4-驼峰段，5-下降段，6-出口段，7-分流装置，8-驼峰段滞留气团，9-连接机械起动装置，α-上升段的上升角度，β-下降段的下降角度，α₁-弯管段包角，α₂-驼峰段包角，d₁-弯管段直径，d₂-上升段直径，R-驼峰段中心线半径，H-驼峰段断面高度，H₁-分流装置上层进口高度，H₂-分流装置下层进口高度，H₃-分流装置上层出口高度，H₄-分流装置下层出口高度，r-分流装置出口端圆弧半径，α₃-分流装置入流端截面与驼峰段入口截面夹角，α₄-分流装置入流端截面与驼峰段垂直截面夹角，α₅-分流装置出流端截面与驼峰段垂直截面夹角，α₆-分流装置出流端截面与驼峰段出口截面夹角，A-分流装置入流端固定位置，B-分流装置出流端初始位置，C-分流装置出流端移动位置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明主要为改善泵站部分运行工况下，水泵起动过程中虹吸形成时间过长，甚至在虹吸管驼峰段顶部产生滞留气团难以形成有效虹吸的问题，为此在传统泵站虹吸式出水管驼峰段增设分流装置，通过分流装置调整虹吸管驼峰段流速分布，增大驼峰段上层流速，加快驼峰段顶部气团的挟带排出，从而有利于更快形成虹吸满流状态，并可有效避免小流量工况下虹吸管内产生滞留气团、难以形成虹吸满流的流态。

实施例一：

结合说明书附图1、2、3、6和7，本增设分流装置的泵站虹吸式出水管，该出水管的一端为出水管进水端，另一端为出水管出水端，从出水管进水端到出水管出水端依次为弯管段、上升段、过渡段、驼峰段、下降段和出口段。

所述出水管进水端的横截面为圆形，所述出水管出水端的横截面为矩形。

所述弯管段向上圆弧弯曲，所述上升段和过渡段均直线上升倾斜，所述驼峰段呈向下半圆弧形弯曲，所述下降段直线倾斜下降，所述出口段呈向上圆弧形弯曲，所述弯管段、上升段、过渡段、驼峰段、下降段和出口段依次连贯连接。

所述弯管段和上升段的横截面均呈圆形，所述弯管段与上升段的连接处渐进扩大，所述过渡段的横截面呈扁平的圆角矩形形状，所述过渡段的横截面渐进缩小连接到驼峰段，所述驼峰段、下降段和出口段均为矩形形状，且从驼峰段的扁平的矩形形状过渡到竖向矩形形状。

所述驼峰段内设置有分流装置，所述分流装置的入流端靠近驼峰段入口，所述分流装置的出流端靠近驼峰段出口，所述分流装置与驼峰段平行布置，所述分流装置的左右两侧与驼峰段的水平内壁连接。

分流装置固定安装在虹吸管驼峰段中，所述分流装置的入流端和出流端均水平横向贯穿设有固定轴，所述固定轴的两端分别延伸出驼峰段的管壁，所述固定轴的端部与驼峰段的管壁密封固定。

所述分流装置的入流端厚度为0，分流装置的出流端为半圆弧形，分流装置的上下边线均向上弧形弯曲。

所述分流装置入流端位于驼峰段入口截面与驼峰段垂直截面之间，分流装置入流端截面与驼峰段入口截面夹角α₃为0≤α₃≤α，所述α为上升段的上升角度。

所述分流装置出流端位于驼峰段垂直截面与驼峰段出口截面之间，分流装置出流端截面与驼峰段出口截面夹角α₆为所述β为下降段的下降角度。

所述分流装置出流端半径r为0≤r≤0.1H，所述H为驼峰段的断面高度。

所述分流装置入流端的上层进口高度H₁为0.5H≤H₁≤0.6H，分流装置入流端的下层进口高度H₂为0.4H≤H₂≤0.5H，其中H₁+H₂＝H，所述H为驼峰段的断面高度。

所述分流装置出流端的上层出口高度H₃为0.35H≤H₃≤0.5H，分流装置出流端的下层出口高度H₄为0.45H≤H₄≤0.55H，其中H₃+H₄+2r＝H，所述H为驼峰段的断面高度，r为分流装置出流端半径。

实施例二：

结合说明书附图4，所述分流装置的入流端和出流端厚度均为0，分流装置的上边线向上弧形弯曲，所述分流装置的下边线向下弧形弯曲。

其他技术特征与实施例一相同。

实施例三：

结合说明书附图1、2、3、8和9，所述分流装置可调节式安装在驼峰段中，所述分流装置的入流端水平横向贯穿有固定轴，所述固定轴的两端分别延伸出驼峰段的管壁，所述固定轴的端部与驼峰段的管壁密封固定，所述分流装置的出流端横向贯穿有活动轴，所述驼峰段的水平内壁设置有纵向弧形弯曲的槽道，所述活动轴的两端均设置有机械起动装置，所述机械起动装置插在对应的槽道中，且所述机械起动装置能够在槽道的弧形弯曲方向上移动。

其他技术特征与实施例一相同。

实施例四：

所述分流装置的入流端和出流端厚度均为0，分流装置的上边线向上弧形弯曲，所述分流装置的下边线向下弧形弯曲。

所述分流装置可调节式安装在驼峰段中，所述分流装置的入流端水平横向贯穿有固定轴，所述固定轴的两端分别延伸出驼峰段的管壁，所述固定轴的端部与驼峰段的管壁密封固定，所述分流装置的出流端横向贯穿有活动轴，所述驼峰段的水平内壁设置有纵向弧形弯曲的槽道，所述活动轴的两端均设置有机械起动装置，所述机械起动装置插在对应的槽道中，且所述机械起动装置能够在槽道的弧形弯曲方向上移动。

其他技术特征与实施例一相同。

下面举例说明本发明的有益效果：

实施例1或3的结构，分流装置根据某泵站虹吸式出水管工程设计进行增设，所述泵站工程单泵设计流量3m³/s，弯管段直径1.2m，弯管段包角60°，上升段直径1.4m，上升角40°，驼峰断面高度0.7m，驼峰断面宽度1.4m，驼峰段包角112°，下降角82°，出口断面高度2.0m，出口宽度1.4m，出水池水位3.7m，驼峰垂直断面底高程8.62m，水泵起动初始时刻出水池水位为3.7m，虹吸管内为空气。

结合说明书附图5，本发明在泵站虹吸式出水管驼峰段增设分流装置后，水流被分割成上下两层，通过确定入流端位置，调整虹吸管上下层流量分配比，通过确定出流端位置，调整驼峰段尾部流速分布，由于虹吸管驼峰段上层流速增大，水流挟带驼峰段顶部气团的能力增强，虹吸形成时间减短，且在部分小流量工况下，可有效避免虹吸管内产生滞留气团、并导致难以形成虹吸满流的情况。

图10和图11分别为增设第一种和第二种分流装置的泵站虹吸式出水管实施例1和实施例2。实施例1分流装置入流端位置α₃为17°，出流端位置α₆为51°，出流端圆弧半径r为50mm，分流装置上下边线沿程断面尺寸见表1。实施例2分流装置入流端位置α₃为28°，出流端位置α₆为54°，分流装置上下边线沿程断面尺寸见表2。

表1实施例1和3分流装置上下边线沿程断面尺寸

表2实施例2和4分流装置上下边线沿程断面尺寸

数值模拟结果表明，参考图12、图13和图14，实施例1和实施例2均能明显减少水泵起动过程中的虹吸形成时间，实施例1虹吸形成时间为34s，实施例2虹吸形成时间为32s，未增设分流装置的虹吸管虹吸形成时间为39s，虹吸形成时间缩短10％～20％。实施例1在缩短虹吸形成时间的同时，对虹吸管下降段流速分布也有所改善，对减小虹吸管水力损失有利。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。