一种改善城市雨水泵站进水流态的组合式整流装置的制作方法

本发明属于水利工程、市政工程泵站技术领域，具体涉及一种改善城市雨水泵站进水流态的组合式整流装置。

背景技术：

在城市排水系统中设置雨水泵站，对预防城市内涝的发生具有重要的作用。城市雨水泵站主要包括雨水总管、闸门井、进水箱涵、格栅井、集水池等进水建筑物。由于受城市规划、地形、规模等条件的限制，雨水泵站需要尽量减少占地面积以及对周边环境的影响。因此，城市雨水泵站进水建筑物结构往往尺寸偏小、偏紧，且难以按照泵站设计规范中水力条件良好的要求进行布置，由此容易造成泵站进水条件不佳、建筑物内存在主流居中、偏流、回流等不良流态，严重影响泵站的安全稳定运行。

目前，对于泵站进水建筑物内不良流态的改善，主要通过在集水池中设置底坎、导流墩、压水板、立柱等整流装置措施。但是，对于结构过于紧凑的城市雨水泵站，特别是当雨水总管采用斜向进流形式时，泵站进水系统普遍存在闸门井内主流居中、进水箱涵内水流流速分布不均、集水池进水偏流等一系列水力流动问题。而此时，仅通过在集水池内设置传统整流装置措施的方法，往往难以保证城市雨水泵站良好的进水条件及其运行的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提出一种能够有效改善城市雨水泵站闸门井内主流居中、进水箱涵内水流流速分布不均以及集水池进水偏流等一系列复杂不良进水流态的组合式整流装置。

本发明通过以下技术方案实现：

一种改善城市雨水泵站进水流态的组合式整流装置，所述整流装置设置于闸门井内，闸门井设置于雨水总管和进水箱涵之间，闸门井的半径为R，所述整流装置包括横梁、主分流导流墩、上分流导流墩和下分流导流墩；

沿闸门井的深度方向、位于闸门井的中心位置设置多根相同的横梁，每个横梁的长度L1=2R，横梁的宽度B1=(0.05~0.2)R，横梁的高度H1=(0.05~0.1)R，各横梁之间的间距H2=(0.02~0.2)R，底部横梁距离闸门井的底部高程H3=(0.1~0.4)R；

多根横梁上朝向进水箱涵的一侧垂直横梁设置有一上分流导流墩，上分流导流墩的长度L2=(0.1~0.4)R，上分流导流墩的宽度B3=(0.05~0.2)R，所述上分流导流墩头部修圆且朝向进水箱涵，其中心线与进水箱涵上侧进水孔的中心线重合；

多根横梁上朝向雨水总管的一侧设置有一个主分流导流墩和一个下分流导流墩，所述主分流导流墩设置于横梁的中心位置，所述主分流导流墩头部修圆，其中心线与雨水总管中心线重合，且两者与进水箱涵的中心线夹角相同，均为β；主分流导流墩与雨水总管出口的间距W=(0.05~0.3)R，主分流导流墩的宽度B2=(0.05~0.2)R，主分流导流墩的一侧边与雨水总管的中心线平行，主分流导流墩的另一侧边前段部分先与雨水总管中心线平行，后经圆弧过渡至与进水箱涵侧壁齐平并垂直交于横梁；

下分流导流墩垂直于横梁，所述下分流导流墩的头部修圆且朝向雨水总管，所述下分流导流墩的长度为L3=(0.1~0.4)R，宽度B4=(0.05~0.2)R，所述下分流导流墩的中心线与进水箱涵下侧进水孔的中心线重合；

上分流导流墩的高度、主分流导流墩的高度和下分流导流墩的高度均相等，以上所述主分流导流墩、上分流导流墩以及下分流导流墩的顶部高程均与闸门井内的最高水位齐平。

横梁、主分流导流墩、上分流导流墩以及下分流导流墩为金属结构或混凝土结构。

以上所述横梁、主分流导流墩以及上、下分流导流墩发挥其各自最优整流效果时的位置及结构尺寸可根据实际泵站工程运行情况，采用三维流动数值模拟方法进行研究确定，并利用水工模型试验方法对数值模拟研究结果进行验证；所述组合梁沿垂线方向上水平布置若干横梁，横梁置于闸门井中部且面向进水箱涵；所述组合梁中横梁的数目、宽度、高度、横梁间距以及距离闸门井底部的高程均可在一定范围内进行调整，以适应不同城市雨水泵站的实际情况。所述组合梁、主分流导流墩、上分流导流墩以及下分流导流墩的结构和位置尺寸均用以闸门井半径R为基准的相对值表示，将这些相对值乘以闸门井半径R即可得到应用本发明的实际尺寸。

作为优选实施例，所述的改善城市雨水泵站进水流态的组合式整流装置，沿闸门井的深度方向、位于闸门井的中心位置设置3根相同的横梁，闸门井的半径为5.0m，雨水总管与进水箱涵中心线夹角β为20°，各横梁的长度为10m，宽度为0.6m，高度为0.5m，各横梁间距为0.35m，横梁距离闸门井的底部高程为1.1m；上分流导流墩的高度为4.0 m。

主分流导流墩与雨水总管出口的间距为1m，宽度为0.3m，主分流导流墩的高度为4.0 m；上分流导流墩长度为1m、宽度为0.3m，上分流导流墩的高度为4.0 m；下分流导流墩长度为0.08m、宽度为0.3m，下分流导流墩的高度为4.0 m。

采用基于计算流体动力学理论的数值模拟方法研究所述城市雨水泵站内的三维流场，分析存在的不良流态及其产生位置区域，在所述城市雨水泵站不同运行水位、不同开机组合以及不同流量工况的条件下，寻求可以显著改善泵站进水系统中不良水力流态的组合式整流装置各组成部分的布置形式及结构尺寸，再经水工模型试验的方法对数值模拟研究的结果进行验证；水工模型试验结果表明，本发明可有效改善城市雨水泵站闸门井主流居中、进水箱涵水流流速分布不均以及集水池进水偏流等不良进水流态，对于保证城市雨水泵站的安全、可靠、稳定运行具有重要的意义和工程应用价值。

本发明采用上述结构后的有益效果：

本发明中的组合式整流装置能够将雨水总管进入闸门井内的水流流速分布在水平和立面上进行有效均化，使得流入泵站进水箱涵及集水池内的水流得到均化，从而可以有效解决闸门井内主流居中、进水箱涵水流流速分布不均、集水池进水偏流等一系列不良的水力流动问题，保障了城市雨水泵站具有良好的进水流态，对于确保泵站及水泵机组的安全高效稳定运行具有重要的意义。

本发明所提供的整流装置结构简单、容易制作且造价成本较低，对于结构紧凑的城市雨水泵站工程无需额外增加用地面积，便于在城市雨水泵站工程及类似水利工程的建设与改造中推广应用。

附图说明

图1a是本发明在闸门井内的平面布置示意图；

图1b是本发明在闸门井内的立面布置示意图；

图2a是本发明的平面尺寸示意图；

图2b是本发明的立面尺寸示意图；

图3是本发明实施例的泵站进水建筑物平面布置示意图；

图4是采用本发明前后闸门井内的三维流线对比图；

图5是采用本发明前后进水箱涵下侧进水孔速度分布对比图；

图6是采用本发明前后进水箱涵上侧进水孔速度分布对比图；

图中：1-横梁、2-主分流导流墩、3-上分流导流墩、4-下分流导流墩、5-雨水总管、6-闸门井、7-进水箱涵、8-进水箱涵上侧进水孔、9-进水箱涵下侧进水孔、10-进水箱涵上侧隔墩、11-进水箱涵下侧隔墩、12-集水池、13-水泵机组。

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1a所示，本发明一种改善城市雨水泵站进水流态的组合式整流装置设置于闸门井6内，闸门井6设置于雨水总管5和进水箱涵7之间，闸门井的半径为R。本发明所述的组合式整流装置实际为组合梁，组合梁包括横梁1、主分流导流墩2、上分流导流墩3和下分流导流墩4。

如图1a 、2a所示，闸门井6中心位置、即直径方向上设置本发明，如图1b和2b所示，沿闸门井6的深度方向、位于闸门井6的中心位置设置3~6根相同的横梁1，每个横梁的长度L1=2R，横梁的宽度B1=(0.05~0.2)R，横梁的高度H1=(0.05~0.1)R，各横梁之间的间距H2=(0.02~0.2)R，底部横梁距离闸门井6的底部高程H3=(0.1~0.4)R。多根横梁上朝向进水箱涵7的一侧垂直横梁设置有一上分流导流墩3，上分流导流墩的长度L2=(0.1~0.4)R，上分流导流墩的宽度B3=(0.05~0.2)R；如图2a和图3所示，所述上分流导流墩头部修圆且其中心线与进水箱涵上侧进水孔8的中心线重合。

多根横梁上朝向雨水总管5的一侧设置有一个主分流导流墩2和一个下分流导流墩4，所述主分流导流墩2设置于横梁的中心位置，所述主分流导流墩头部修圆，其中心线与雨水总管5中心线重合，且两者与进水箱涵7的中心线夹角相同，均为β；主分流导流墩与雨水总管5出口的间距W=(0.05~0.3)R，主分流导流墩的宽度B2=(0.05~0.2)R，主分流导流墩的一侧边与雨水总管的中心线平行，主分流导流墩的另一侧边前段部分先与雨水总管5中心线平行，后经圆弧过渡至与进水箱涵7侧壁齐平并垂直交于横梁。

下分流导流墩4垂直交于横梁，所述下分流导流墩4的头部修圆且面向雨水总管，所述下分流导流墩的长度为L3=(0.1~0.4)R，宽度B4=(0.05~0.2)R；如图2a和图3所示，所述下分流导流墩4的中心线与进水箱涵下侧进水孔9的中心线在平面上对齐。

上分流导流墩的高度、主分流导流墩的高度和下分流导流墩的高度均为H4，以上所述主分流导流墩2、上分流导流墩3以及下分流导流墩4的顶部高程均与闸门井6内的最高水位齐平。

本发明中因为雨水总管中的进水方向一定，故雨水总管出口位置唯一，雨水顺着主分流导流墩流向横梁，故最先接触水流的主分流导流墩的部分被命名为主分流导流墩的前段部分，相应地后接触水流的部分被命名为主分流导流墩的后段部分，最先接触水流的下分流导流墩的部分被命名为头部，同理主分流导流墩的头部，上分流导流墩的头部。

以上所述组合梁1、主分流导流墩2、上分流导流墩3以及下分流导流墩4发挥其各自最优整流效果时的具体位置及结构尺寸可根据实际泵站工程运行情况，采用三维流动数值模拟方法进行研究确定，并利用水工模型试验方法对数值模拟研究结果进行验证。

以上所述组合梁1、主分流导流墩2、上分流导流墩3以及下分流导流墩4为金属结构或混凝土结构，可在泵站工程建设或改造现场进行焊接或浇筑成型。

实施例

如图3所示，采用斜向进流形式的某城市雨水泵站，其进水建筑物包括雨水总管5、闸门井6、进水箱涵7、进水箱涵上侧隔墩10、进水箱涵下侧隔墩11、进水箱涵上侧进水孔8、进水箱涵下侧进水孔9、集水池12、水泵机组13，以及设置于闸门井6中、由横梁1、主分流导流墩2、上分流导流墩3以及下分流导流墩4构成的组合式整流装置。该泵站闸门井半径R为5.0m，雨水总管与进水箱涵中心线夹角β为20°。各横梁的长度为10m，宽度为0.6m，高度为0.5m，各横梁间距为0.35m，横梁距离闸门井的底部高程为1.1m。主分流导流墩2头部修圆，其中心线与雨水总管5中心线在平面方向上对齐；主分流导流墩2的一侧边与雨水总管5的中心线平行，而另一侧边前段部分先与雨水总管5中心线平行，后经圆弧过渡至与进水箱涵7侧壁齐平并垂直交于组合梁1；主分流导流墩2与雨水总管5出口的间距为1m，宽度为0.3m。上分流导流墩3长度为1m、宽度为0.3m且垂直交于组合梁1，上分流导流墩2头部修圆且其中心线与进水箱涵7上侧进水孔8的中心线在平面上对齐。下分流导流墩4长度为0.08m、宽度为0.3m且垂直交于组合梁1，其中心线与进水箱涵7下侧进水孔9的中心线在平面上对齐。主分流导流墩2、上分流导流墩3以及下分流导流墩4的高度均为4.0 m。

横梁1、主分流导流墩2、上分流导流墩3以及下分流导流墩4采用混凝土现场制作。

如图4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，闸门井内的流动情况可以发现，主分流导流墩2可将雨水总管5进入闸门井6的主流在水平方向进行分流，后经组合梁1再进行立面流速均化，上分流导流墩3和下分流导流墩4再次将平面水流流速进行二次均化，从而能够有效解决闸门井内主流居中的问题。

如图5、6所示，对比整流前后进水箱涵进水孔的速度分布可以看出，经本发明整流后的进水箱涵进口速度变得均化了，进一步保证进水箱涵内、调节池内的流速变得均匀，说明本发明所提出的组合式整流装置显著提高了进水箱涵流速分布的均匀性，能够解决进水箱涵内水流流速分布不均、集水池进水偏流等水力问题，进而可以保障城市雨水泵站进水系统具有良好的流态，确保泵站及水泵机组的安全、高效、稳定运行。