一种水力性能优异的后置型卧式泵装置进水流道及应用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利工程栗站技术领域，具体涉及一种水力性能优异的后置型卧式栗 装置进水流道及应用方法，适用于指导工程技术人员设计高性能大流量栗站后置竖井式贯 流栗装置、后置灯泡式贯流栗装置、后置电机卧式轴伸栗装置和后置卧式潜水栗装置的进 水流道。
【背景技术】
[0002] 大型低扬程栗站广泛应用于水资源配置、农业排灌、水环境治理和城市排涝等许 多重要领域。设计扬程在3m以下的大流量栗站较多地采用了水力性能好的卧式栗装置。臣卜 式栗装置分为前置型和后置型两种基本型式，每种基本型式又包括灯泡式、竖井式、轴伸式 和潜水栗式等多种型式。虽然不同型式的后置型卧式栗装置的出水流道各具特点、差别很 大，需根据各种型式的不同特点对出水流道进行专门的设计，但它们的进水流道实际上具 有基本相同的条件和要求，可以进行统一的优化水力设计和采用相同的应用方法，以便进 一步提高进水流道的水力性能并为实现标准化设计奠定基础。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是针对上述问题，提供了一种水力性能优异的后置型卧式栗装置 进水流道及应用方法。本发明的特征是:所提供的进水流道三维形体过流面通过基于CH)的 优化水力设计研究方法得到;所述进水流道由进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段组成； 曲线过渡段的断面形状由进口的矩形渐变为出口的圆形;提供含曲线过渡段断面位置的所 述进水流道立面示意图、平面示意图和断面尺寸数据表;所述进水流道过流面的各几何尺 寸均用以水栗叶轮直径Do为基准的相对值表示，将相对值乘以栗站拟采用的水栗叶轮直径 D0即可得该栗站进水流道实际需要的尺寸;所述进水流道主要几何参数可在一定范围内进 行调整，以适应不同栗站具有不同的流量、扬程及进水池水位的实际情况。应用本发明得到 的后置型卧式栗装置进水流道水流转向有序、收缩均匀、流道水头损失小，对于确保大流量 栗站安全、稳定和高效运行具有重要意义。
[0004] 为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
[0005] 1.-种水力性能优异的后置型卧式栗装置进水流道，该进水流道采用基于CFD的 优化水力设计研究方法得到，经测试证明其水力性能优异，流道出口断面的流速分布均匀 度和水流平均角度分别达到99.0%和88.9°，设计流量时的流道水头损失仅为0.069m，已在 大流量栗站得到成功应用；
[0006] 所述进水流道包括依次设置的进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段；曲线过渡 段的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形;进口直线段内设有中隔墩；
[0007] 所述进水流道各几何尺寸均用以水栗叶轮直径Do为基准的相对值表示；
[0008] 所述进口直线段的长度L蔑锻=1.212D〇,底边倾角β = 5°，进口断面宽度B細雛□= 2.364D〇，进口断面高度H麵雛ρ = 1.782D〇，进口顶板圆弧半径Raoi贩=0.8m;所述中隔墩的长 度Ιβ= 1.212D〇，宽度But= 0.8m，头部圆弧半径Riiiig鄕=0.4m，尾部圆弧半径Rini·= 1.5m; [0009] 所述曲线过渡段的长度La搬=2.121Do,进口断面宽度觸扣= 2.091Do,进口断面 高度H过觸扣=1.554D〇;提供含曲线过渡段断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意 图和断面尺寸数据表;断面尺寸包括各断面的立面上边线坐标(Xu，Yu)、立面下边线坐标 (办^￥2丄断面高度1、断面宽度1和过渡圆半径1^，各断面编号1及数据列于表1;
[0010]表1进水流道曲线过渡段断面尺寸数据表
[0012] 所述出口圆台段的长度L隱毅=0.394D〇,进口断面直径Di^獅=I=I .034D〇,出口断面 直径 D隱毅:Ba = 0 · 973D〇。
[0013] 2.-种水力性能优异的后置型卧式栗装置进水流道的应用方法，包括以下步骤：
[0014] (1)所述进水流道包括依次设置的进口直线段、曲线过渡段和出口圆台段；曲线过 渡段的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形;进口直线段内设有中隔墩；
[0015] (2)所述进水流道各几何尺寸均用以水栗叶轮直径Do为基准的相对值表示；
[0016]所述进口直线段的长度L幾锻=1.212D〇,底边倾角β = 5°，进口断面宽度Bis雛□= 2.364D〇，进口断面高度H麵雛ρ = 1.782D〇，进口顶板圆弧半径Raai贩=0.8m;所述中隔墩的长 度Lpit= 1.212D〇，宽度氏驗=0.8m，头部圆弧半径Rpiig鄕=0.4m，尾部圆弧半径Riiif·= 1.5m; [0017]所述曲线过渡段的长度?鰕=2 · 12IDo，进口断面宽度Bis觸扣=2 · 09IDo，进口断面 高度Ha觸扣=1.554D〇;提供含曲线过渡段断面位置的所述进水流道立面示意图、平面示意 图和断面尺寸数据表;断面尺寸包括各断面的立面上边线坐标(Xu，Yu)、立面下边线坐标 (X 2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度Bwi和过渡圆半径R wi，各断面编号i及数据列于表1;
[0018] 所述出口圆台段的长度L隱毅=0.394D0，进口断面直径0_扣=1.034D〇，出口断面 直径 D 隱毅：Ba = 0 · 973D〇;
[0019] (3)所述后置型卧式栗装置进水流道进口直线段的长度L幾锻=1.212D〇,可根据进 水流道上部结构布置的需要在此基础上缩短或加长，但L幾锻的改变量不大于0.6D〇; L幾锻改 变后，中隔墩长度作相应改变；
[0020] (4)所述后置型卧式栗装置进水流道进口直线段的进口断面宽度B幾锻aa = 2.364D〇,可根据水栗机组间距布置的需要在此基础上减少或加大，但Bn職扣的改变量不大 于0·1?ο ;
[0021] (5)所述后置型卧式栗装置进水流道进口直线段的底边倾角β = 5°，可根据进水流 道与栗站进水池衔接的需要在此基础上减少或加大，但β的改变量不大于5°，β改变后该段 各断面的高度保持不变；
[0022] (6)所述后置型卧式栗装置进水流道出口圆台段的长度L離毅=0.394Do,可根据栗 站的实际需要缩短或加长，但Lk毅的改变量不大于〇. lD〇;
[0023] (7)将所述后置型卧式栗装置进水流道各尺寸的相对值乘以栗站拟采用的水栗叶 轮直径Do即可得该栗站进水流道实际需要的尺寸，以m为单位；
[0024] (8)根据计算和调整后的所述进水流道的几何参数，在绘图软件中绘制所需的后 置型卧式栗装置进水流道单线图。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0026] 第一，本发明的后置型卧式栗装置进水流道水力性能优异、便于工程技术人员采 用，可保证进水流道的设计质量，对于确保大流量栗站的安全、稳定和高效运行具有重要意 义。
[0027] 第二，本发明提供的进水流道主要几何参数可在一定范围内进行调整，可以适应 不同栗站具有不同的流量、扬程及进水池水位的实际情况。
[0028] 第三，本发明提供的后置型卧式栗装置进水流道水力性能优异，流道出口断面的 流速分布均匀度和水流平均角度分别达到99.0%和88.9°，设计流量时的流道水头损失仅 为0.069m，已在大流量栗站得到成功应用。
[0029] 第四，不同型式的后置型卧式栗装置的进水流道具有基本相同的条件和要求，本 发明提供了经过统一的优化水力设计的进水流道，便于进一步提高其水力性能并为实现后 置型卧式栗装置的进水流道的标准化设计奠定基础。
【附图说明】
[0030] 图Ia是本发明进水流道立面示意图；
[0031] 图Ib是本发明进水流道平面示意图；
[0032] 图Ic是图Ia和图Ib中的Ai-Ai断面图；
[0033] 图2a是本发明进水流道曲线过渡段断面位置立面示意图；
[0034]图2b是本发明进水流道曲线过渡段断面位置平面示意图；
[0035]图3a是本发明进水流道进口直线段长度调整示意图；
[0036]图3b是本发明进水流道进口直线段进口断面宽度调整示意图；
[0037]图3c是本发明进水流道进口直线段底边倾角调整示意图；
[0038]图4是本发明进水流道出口圆台段长度调整示意图；
[0039]图中：1进口直线段，2曲线过渡段，3出口圆台段，4中隔墩，5立面上边线，6立面下 边线。
【具体实施方式】：
[0040] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0041] 1. 一种水力性能优异的后置型卧式栗装置进水流道，该进水流道采用基于CFD的 优化水力设计研究方法得到，经测试证明其水力性能优异，流道出口断面的流速分布均匀 度和水流平均角度分别达到99.0%和88.9°，设计流量时的流道水头损失仅为0.069m，已在 大流量栗站得到成功应用；
[0042] 如图Ia、图Ib所示，所述进水流道包括依次设置的进口直线段1、曲线过渡段2和出 口圆台段3;曲线过渡段2的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形;进口直线 段1内设有中隔墩4;
[0043]所述进水流道各几何尺寸均用以水栗叶轮直径Do为基准的相对值表示；
[0044I 如图la、图Ib所示，所述进口直线段1的长度L幾锻=1.212D。，底边倾角β = 5°，进口 断面宽度B細雛n = 2.364D0,进口断面高度Hu觸扣=1.782D0,进口顶板圆弧半径Ra□臟= 0.8m;所述中隔墩4的长度Lm= 1.212D0，宽度Β_?= 0.8m，头部圆弧半径Rbs鄉=0.4m，尾部 圆弧半径饰驗圏1= 1.5m;
[0045] 所述曲线过渡段2的长度L过搬=2.121Do，进口断面宽度Bai觸扣=2.091Do，进口断 面高度Hai_ = 1.554D();提供含曲线过渡段2的断面位置的所述进水流道立面示意图、平 面示意图和断面尺寸数据表;如图Ic所示，断面尺寸包括各断面的立面上边线5的坐标(X 11， Yu)、立面下边线6的坐标(X2i，Y2i)、断面高度Hwi、断面宽度B wi和过渡圆半径Rwi;所述进水流 道曲线过渡段2的断面位置的立面和平面示意图分别如图2a和图2b所示，各断面编号i及数 据列于表1;
[0046] 所述出口圆台段3的长度L圆台段=0.394Do，进口断面直径D隱殺扣=1.034Do，出口断 面直径D隱毅:Ba = 0.9 7 3D〇。
[0047] 2.-种水力性能优异的后置型卧式栗装置进水流道的应用方法，包括以下步骤：
[0048] (1)如图la、图Ib所示，所述进水流道包括进口直线段1、曲线过渡段2和出口圆台 段3;曲线过渡段2的断面形状由进口断面的矩形渐变为出口断面的圆形;进口直线段1内设 有中隔墩4;
[0049] (2)所述进水流道各几