具有纠偏消涡功能的低驼峰式出水流道的制作方法

本实用新型属于水利工程泵站技术领域，具体涉及具有纠偏消涡功能的低驼峰式出水流道，主要用于消除大型低扬程泵站出水流道内的偏流及旋涡，解决由此引发的出水流道内流态不稳定问题。

背景技术：

大型低扬程泵站广泛用于平原地区水资源调配、水环境改善、农业灌溉和城市防洪等领域。在低扬程泵站应用较多的立式泵装置中，与水泵导叶体连接的出水流道均呈弯曲形状。立式泵装置的低驼峰式出水流道需作大于90°的弯曲。

立式泵装置的低驼峰式出水流道依次分为进口弯曲段、中部扩散段和出口直线段，进口弯曲段为采用钢板加工成形的薄壁结构，中部扩散段和出口直线段采用混凝土浇筑成形。由于低扬程泵站流量大，其出水流道的宽度也大，为控制闸门在启闭过程中的平衡，需在出水流道出口直线段的中部设置中隔墩，以便将宽度较大的闸门分为两扇宽度较小的闸门。顺水流方向看，所述中隔墩将大型低扬程泵站出水流道等分为左侧出水孔和右侧出水孔。

低扬程泵站立式泵装置中，低驼峰式出水流道进口与水泵导叶体出口连接，由于流出导叶体的水流仍具有较大环量，水流呈螺旋状进入出水流道。研究发现：所述出水流道内的主流明显偏向左侧出水孔，同时在出水流道的右侧区域产生较大范围的旋涡。这种流态导致出水流道左、右两孔的出流量相差很大，并造成出水流道内的水流运动不稳定，严重影响到泵站的安全稳定运行。

技术实现要素：

本实用新型是针对低扬程泵站立式泵装置低驼峰式出水流道内存在的偏流及旋涡问题，提供一种具有纠偏消涡功能的低驼峰式出水流道，以达到纠正出水流道内左右偏流、消除出水流道内旋涡的目的。本实用新型能够有效纠正低驼峰式出水流道内的偏流现象、消除流道内的旋涡和减小流道水头损失，保障低扬程泵站的安全稳定运行。

为实现本实用新型的目的，具有纠偏消涡功能的低驼峰式出水流道，其特征是，在低驼峰式出水流道的进口弯曲段内均匀设置1块横向导流板和2块竖向导流板，横向导流板和竖向导流板垂直相交；

所述横向导流板的两端与进口弯曲段的左右两侧边壁焊接，所述竖向导流板的两端与进口弯曲段的上下两边壁焊接，所述横向导流板和所述竖向导流板相交处焊接。

优选的，所述横向导流板和竖向导流板的厚度为0.02d0，d0为低扬程泵站所采用的水泵叶轮直径；横向导流板和竖向导流板的头部均为半圆形，横向导流板和竖向导流板的尾部均为流线型。

优选的，所述横向导流板和所述竖向导流板的头部位于进口弯曲段的断面处，距离泵轴的边缘0.1～0.3m，所述横向导流板和所述竖向导流板的尾部位于进口弯曲段的出口断面处。

与现有方法相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，本实用新型通过消减低扬程泵站立式泵装置进口水流的环量，有效解决了出水流道内的偏流和旋涡问题，提高了出水流道内水流流动的稳定性。

第二，本实用新型在低扬程泵站立式泵装置出水流道进口弯曲段增设导流板，对薄壁结构的出水流道进口弯曲段起到了加固支撑作用，提高了进口弯曲段的刚度和承载能力，从结构上保障了低扬程泵站装置的稳定运行。

第三，应用本实用新型可以改善低扬程泵站立式泵装置出水流道内的流态，保障了低扬程泵站的安全稳定运行，对于大型低扬程泵站在水资源调配、水环境改善、农业灌溉和城市防洪等领域的广泛应用具有重要意义。

附图说明

图1为本实用新型实施例立式泵装置立面示意图；

图2a为本实用新型实施例无导流板的低驼峰式出水流道流场图侧俯视图；

图2b为本实用新型实施例无导流板的低驼峰式出水流道流场图侧仰视图；

图3a为本实用新型实施例设有导流板的低驼峰式出水流道立面示意图；

图3b为本实用新型实施例设有导流板的低驼峰式出水流道平面示意图；

图4为本实用新型实施例设有导流板的低驼峰式出水流道三维示意图；

图5a为本实用新型实施例设有导流板的低驼峰式出水流道流场图侧俯视图；

图5b为本实用新型实施例设有导流板的低驼峰式出水流道流场图侧仰视图；

图中：11肘形进水流道，12水泵叶轮，13导叶体，14低驼峰式出水流道，14a进口弯曲段，14b中部扩散段，14c出口直线段，15泵轴，16电动机，17中隔墩，18横向导流板，19竖向导流板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图4所示，具有纠偏消涡功能的低驼峰式出水流道，在低驼峰式出水流道14的进口弯曲段14a内均匀设置1块横向导流板18和2块竖向导流板19，横向导流板18和竖向导流板19垂直相交。

横向导流板18的两端与进口弯曲段14a的左右两侧边壁焊接，所述竖向导流板19的两端与进口弯曲段14a的上下两边壁焊接，所述横向导流板18和所述竖向导流板19相交处焊接。

横向导流板18和竖向导流板19的厚度为0.02d0，d0为低扬程泵站所采用的水泵叶轮直径；横向导流板18和竖向导流板19的头部均为半圆形，横向导流板18和竖向导流板的尾部19均为流线型。

横向导流板18和所述竖向导流板19的头部位于进口弯曲段14a的断面处，距离泵轴15的边缘0.1～0.3m，所述横向导流板18和所述竖向导流板19的尾部位于进口弯曲段14a的出口断面处。

实施例

某大型低扬程泵站采用立式泵装置，单泵设计流量为33.5m³/s，选用南水北调工程水泵模型同台测试的tj04-zl-06水泵模型，水泵叶轮直径d0为3.15m、水泵转速为125r/min，进水流道为肘形进水流道，出水流道为低驼峰式出水流道。如图1所示，所述立式泵装置由进口到出口依次为肘形进水流道11、水泵叶轮12、导叶体13和低驼峰式出水流道14。低驼峰式出水流道14由进口至出口依次为进口弯曲段14a、中部扩散段14b和出口直线段14c，所述出口直线段14c的中部设置中隔墩17，中隔墩17将出水流道出口直线段14c分为左孔和右孔，如图3a和图3b所示；由导叶体13流出的水流呈螺旋状进入低驼峰式出水流道14，为满足泵轴15穿过低驼峰式出水流道14连接电动机16的要求，低驼峰式出水流道14呈弯曲形。当旋转的水流在弯曲的低驼峰式出水流道14中运动时，低驼峰式出水流道14内出现偏流和旋涡，导致流态不稳定，如图2a和图2b所示。拟应用本实用新型的方法解决低驼峰式出水流道14内的偏流和旋涡问题。

对无导流板的低驼峰出水流道14的三维流场进行数值模拟，得到的流场图如图2a和图2b所示；根据数值模拟结果，低驼峰式出水流道14的偏流系数λ为1.529、旋涡体积v为10.12m³和流道水头损失δh为0.316m，偏流系数偏差δλ为0.531；所述旋涡体积、流道水头损失和偏流系数偏差均是越小越好。

为解决低驼峰式出水流道14内的偏流和旋涡问题，在低驼峰式出水流道14内设置导流板，低驼峰式出水流道14的导流板具体构成如下：

1.如图3a和图3b所示，在低驼峰式出水流道14的进口弯曲段14a内均匀设置1块横向导流板18和2块竖向导流板19，横向导流板18和竖向导流板19垂直相交，如图4所示；所述横向导流板18的两端与进口弯曲段14a的左右两侧边壁焊接，所述竖向导流板19的两端与进口弯曲段14a的上下两边壁焊接，所述横向导流板18和所述竖向导流板19相交处焊接；

2.如图3a和图3b所示，所述横向导流板18和竖向导流板19的厚度为0.02d0＝0.02×3.15＝0.063m；横向导流板18和竖向导流板19的头部均为半圆形，横向导流板18和竖向导流板的尾部19均为流线型；

3.所述横向导流板18和所述竖向导流板19的头部位于进口弯曲段14a的断面处，距离泵轴15的边缘0.102m，所述横向导流板18和所述竖向导流板19的尾部位于进口弯曲段14a的出口断面处，如图3a和图3b所示。

4.对设置1块横向导流板18和2块竖向导流板19的低驼峰出水流道14的三维流场进行数值模拟，得到的流场图如图5a和图5b所示；根据数值模拟结果，低驼峰式出水流道14的偏流系数λ为1.01、旋涡体积v为0m³和流道水头损失δh为0.301m，偏流系数偏差δλ为0.01；

所述立式泵装置低驼峰式出水流道14在应用本实用新型的导流板后，有效消除了流道进口水流的环量，解决了出水流道内的偏流及旋涡问题。