一种水力性能优异的钟形进水流道的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于水利工程累站技术领域，具体设及一种水力性能优异的钟形进水 流道及其应用方法，主要用于指导广大工程技术人员设计水力性能优异的钟形进水流道， 可保证每座累站钟形进水流道的设计质量，对于确保大中型累站的安全、稳定和高效运行 具有重要意义。
【背景技术】
[0002] 钟形进水流道是大中型低扬程立式累站应用较多的进水流道，特别适用于地基条 件较差、不适于深挖方的累站，其作用是引导水流在从前池流向水累叶轮室的过程中有序 转向和均匀加速，为水累叶轮室进口提供符合要求的流态。设计水力性能优异的钟形进水 流道是保证水累安全、稳定和高效运行的必要条件。钟形进水流道=维形体复杂，其设计 方法长期W来采用传统的几何作图法，与钟形进水流道内水流的=维端流流动情况严重脱 节，所设计的流道不能满足水累叶轮对进水流场的要求，有时甚至会导致流道内产生祸带， 严重影响水累机组的稳定运行。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的是提供一种水力性能优异的钟形进水流道。应用本实用新型得 到的钟形进水流道水流转向有序，流道内无有害流态，水力性能优异，可为水累叶轮室进口 提供符合要求的流态。
[0004] 本实用新型的目的是通过W下技术方案实现的，一种水力性能优异的钟形进水流 道，其沿水流方向设有直线进口段、钟形转向段和圆台整流段3个段，各段具有不同的几何 特征和作用；在直线进口段内设置中隔壞，在钟形转向段内设置导水圆台；
[0005] 所述钟形进水流道的各几何尺寸W相对值表示（W水累叶轮直径D为基准值，D 的单位为m，下同），其长度L为4. 1D、进口宽度Bi为2.85D、高度H为1.4D ;所述直线进口 段位于所述钟形进水流道的最前端，其内部设有中隔壞，流道上、下边线和平面形线均为直 线，断面形状为矩形，长度Ljk为3. 07D、进口宽度B 1为2. 85D、进口高度H 1为1. 52D、底边倾 角0为5°、进口顶板圆弧半径R = 0.2抓+0. 2m，所述中隔壞的长度Lg为2.抓、厚度Bg= 0. 174D+0. 191m、头部圆弧半径Rgi= 0.48D、尾部圆弧半径Rg2= 2.86D，其过流通道由流道 内壁和中隔壞外壁构成，该段的作用是引导水流从累站前池进入流道，同时满足累房上部 结构布置的要求；
[0006] 所述钟形转向段位于直线进口段之后，其特征是上部形状为钟形、下部为平底、平 面形状为蜗壳形，其内部设有导水圆台，该段长度Lu为1. 89D、高度H 0. 97D、进口宽 度B2为2. 85D、进口高度H 2为0. 91D，所述导水圆台的底部直径D d为1. 32D、上部直径D S 为1. ID^町为水累叶轮轮穀体叶轮室进口断面的直径，D j勺单位为m，下同）、高度H U为 0.97D，其过流通道由流道内壁和导水圆台外壁构成，为准确表达该段的=维形体，提供了 该段钟形曲线、平面蜗壳形曲线和导水圆台曲线的极坐标表示图及数据表，钟形曲线的数 据表包括坐标点编号、角度a d和半径Rd，平面蜗壳曲线的数据表包括坐标点编号、角度 a W和半径Rw，导水圆台曲线的数据表包括坐标点编号、角度a M和半径Rdi，该段的作用是 引导水流有序地作90°转向和加速，并保证在此过程中不发生有害流态；
[0007] 所述圆台整流段位于钟形转向段之后，其特征是过流通道由流道内壁和圆台外壁 构成，其内、外壁的母线形状为直线，其高度H,1= 0. 1065D+0. 4367m、出口的内壁直径0。2和 外壁直径D,2分别为0. 88D和D U其进口内壁直径0。1为0. 94D、进口外壁直径为D W，D,i与导 水圆台的上部直径D,相等，该段的作用是对流向水累叶轮室的水流作最后的调整和加速， W保证水流均匀地进入叶轮室。
[000引上述水力性能优异的钟形进水流道的应用方法，包括W下步骤：
[0009] (1)钟形进水流道沿水流方向依次设有直线进口段、钟形转向段和圆台整流段3 个段，将各段的几何尺寸均采用W水累叶轮直径D为基准值的相对值表示；所述钟形进水 流道长度L为4. 1D、进口宽度Bi为2. 85D、高度H为1. 4D ;所述直线进口段位于所述钟形 进水流道的最前端，其特征是内部设有中隔壞，流道上、下边线和平面形线均为直线，断面 形状为矩形，其长度Ljk为3. 07D、进口宽度B 1为2. 85D、进口高度H 1为1. 52D、底边倾角 0为5°、进口顶板圆弧半径R = 0.2抓+0. 2m，所述中隔壞的长度Lg为2.抓、厚度Bg= 0. 174D+0. 191m、头部圆弧半径Rgi= 0. 48D、尾部圆弧半径Rg2= 2. 86D，其过流通道由流道 内壁和中隔壞外壁构成，该段的作用是引导水流从累站前池进入流道，同时满足累房上部 结构布置的要求；
[0010] 所述钟形转向段位于直线进口段之后，其特征是上部形状为钟形、下部为平底、平 面形状为蜗壳形，其内部设有导水圆台，该段长度Lu为1. 89D、高度H U为0. 97D、进口宽度 B2为2. 85D、进口高度H 2为0. 91D，所述导水圆台的底部直径D d为1. 32D、上部直径D ,为 1. 1DJ\、高度0. 97D，其过流通道由流道内壁和导水圆台外壁构成，该段的钟形曲线、 平面蜗壳曲线和导水圆台曲线均提供极坐标表示图及数据表，钟形曲线的数据表包括坐标 点编号、角度和半径Rd，平面蜗壳曲线的数据表包括坐标点编号、角度和半径Rw， 导水圆台曲线的数据表包括坐标点编号、角度a M和半径Rdi，该段的作用是引导水流有序 地作90°转向和加速，并保证在此过程中不发生有害流态；
[0011] 所述圆台整流段位于钟形转向段之后，其特征是过流通道由流道内壁和圆台外壁 构成，其内、外壁的母线形状为直线，其高度H,i = 0. 1065D+0. 4367m、出口的内壁直径0。2和 外壁直径D,2分别为0. 88D和D U其进口内壁直径0。1为0. 94D、进口外壁直径为D W (与导水 圆台的上部直径D,相等），该段的作用是对流向水累叶轮室的水流作最后的调整和加速，W 保证水流均匀地进入叶轮室；
[0012] (2)利用步骤（1)确定的直线进口段、钟形转向段和圆台整流段几何参数，根据累 站拟采用的水累叶轮直径D计算该累站进水流道实际所需尺寸；
[001引 做按照步骤似确定圆台整流段的高度申1，根据累站的实际需要在步骤似的 基础上加大或减少马1，调整Hzi时，该段进口的内壁直径D。1和外壁直径D，1、出口的内壁直 径0。2和外壁直径D均保持不变；
[0014] (4)按照步骤（2)确定直线进口段的长度Lj.k，根据累站上部结构布置的需要在步 骤做的基础上加长或缩短Lj.k，在调整Lj.k的同时相应调整所述中隔壞的长度Lg，调整Lj.k 和Lg时，流道进口高度H 1保持不变；
[0015] (5)按照步骤（2)确定直线进口段的底边倾角e，根据该段与累站前池衔接的需 要在步骤（4)的基础上加大或减少0，调整0时，该段各断面的高度保持不变；
[0016] (6)根据换算和调整后的所述钟形进水流道的几何参数，在绘图软件中绘制所需 的钟形进水流道单线图；
[0017] 按照步骤（3)、（4)、妨对圆台整流段Hzi和直线进口段L j.k、Lg、0进行调整时，不 改变步骤（2)所确定的钟形转向段的几何参数。
[0018] 与现有技术相比，本实用新型具有W下有益效果：
[0019] 第一，本实用新型的钟形进水流道水力性能优异，使用方法简便，无需进行复杂的 基于CFD的优化水力设计研究，便于广大工程技术人员采用；可保证每座累站钟形进水流 道设计的质量，对于确保大中型累站的安全、稳定和高效运行具有重要意义。
[0020] 第二，本实用新型提供的钟形进水流道沿水流方向设有直线进口段、钟形转向段 和圆台整流段3个段，在直线进口段内设置中隔壞，在钟形转向段内设置导水圆台；所述直 线进口段用于引导累站前池来流，所述中隔壞用于消除前池来流中的横向流速；所述钟形 转向段的作用是引导水流有序地作90°转向和加速，并可使水流在作90°转向的过程中 避免发生附壁祸带、附底祸带等有害流态；所述圆台整流段用于进一步调整从钟形转向段 流入的水流，使其均匀、顺直地流向水累叶轮室进口；应用本实用新型得到的钟形进水流道 水流转向有序、均匀，流道内无有害流态，水力性能优异。
[0021] 第=，根据对已建累站钟形进水流道主要尺寸的统计，其长度、宽度和高度的相对 值（W水累叶轮直径D为基准值）相差较小，本实用新型提供的钟形进水流道适应性强；流 道所有尺寸均用相对值表示，对于一般大中型立式累站，将该些相对值乘W水累叶轮直径D 即可得到所需的流道尺寸；流道的长度、高度和底边倾角可根据累站的实际需要在一定范 围内进行调整。
[0022] 第四，本实用新型提供的钟形进水流道水力性能优异：①根据多年来对钟形进水 流道的研究成果，选择其中经过充分优化水力设计和严格性能测试、并得到成功应用的钟 形进水流道；②所述钟形进水流道的主要水力性能指标如下；流道出口流速分布均匀度 Vu> 97% ;流道出口水流进入水累叶轮室的平均角度^进7。;设计流量时的流道水头损失 A h ^ 0. 15m〇
【附图说明】
[0023] 图la是本实用新型钟形进水流道单线图的纵剖面示意图；
[0024] 图化是本实用新型钟形进水流道单线图的平面示意图；
[0025] 图2a是本实用新型钟形进水流道钟形曲线示意图；
[0026] 图化是本实用新型钟形进水流道平面蜗壳曲线示意图；
[0027] 图2c是本实用新型钟形进水流道导水圆台曲线示意图；
[002引图3是本实用新型钟形进水流道高度改变的纵剖面示意图；
[0029] 图4a是本实用新型钟形进水流道长度改变的纵剖面示意图；
[0030] 图4b是本实用新型钟形进水流道长度改变的平面示意图；
[0031] 图5是本实用新型钟形进水流道底边倾角改变的纵剖面示意图。
[0032] 图中；1直线进口段，2钟形转向段，3圆台整流段，4中隔壞，5导水圆台，6钟形曲 线，7平面蜗壳曲线，8导水圆台曲线，9累轴中屯、线，10叶轮中屯、线。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
[0034] 本实用新型的目的；（1)提供一种可应用于地基条件较差、不适于深挖方累站的 钟形进水流道，该流道已经过严格测试，证明其水力性能优异，并已在不适于深挖方的大中 型累站得到普遍成功应用；（2)提供的钟形进水流道沿水流方向设有直线进口段