一种水力性能优异的灯泡体前置式贯流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灯泡体前置式 贯流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的灯泡 体前置式贯流栗装置进水流道。
【背景技术】
[0002] 灯泡式贯流栗装置适用于扬程低于3m、年运行数千小时的大流量栗站，该型式栗 装置的特点是将动力机、轴承及齿轮箱等设备设置在一个封闭的俗称"灯泡体"的金属壳体 内。进一些年来大流量栗站都习惯性地采用灯泡体后置式的贯流栗装置，即：将所述灯泡体 置于出水流道内。更为深入的研究发现:在灯泡体后置的情况下，从水栗导叶体流出的具有 环量的水流在流经灯泡体时，会在其尾部产生较大的、偏向一侧的旋涡区。这种现象加大了 出水流道的水头损失，且导致了出水流道内水流的压力脉动和不稳定。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是针对上述情况，提供了一种水力性能优异的灯泡体前置式贯流 栗装置进水流道及应用方法。本发明的特征是:将灯泡体从出水流道内移出，彻底解决因出 水流道内水流的流动属性为扩散流动而极易产生旋涡的问题;将灯泡体置于进水流道内， 利用进水流道内水流的流动属性为收缩流动的特点，保证水流流经灯泡体时不因脱流而产 生旋涡;所述进水流道沿水流方向顺序分为直线形进口段、灯泡体过流段和瓶颈形圆台整 流段等3段，在灯泡体过流段与水栗叶轮室之间设置用于调整进水流态的瓶颈形圆台整流 段，可保证水流进入水栗叶轮室的流态满足要求;对包含灯泡体、进人孔、灯泡体支撑、灯泡 体瓶颈形圆台等各过流部件的进水流道进行优化水力设计研究，提供水力性能优异、应用 方便的进水流道三维形体过流面;所述进水流道各过流面的几何尺寸均用以水栗叶轮直径 Do为基准值的相对值表示，将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；出水流道的主要尺寸可在一定范围内进行调整，以适应不同栗站的 实际需要。应用本发明所得到的灯泡体前置式贯流栗装置进水流道不仅水力性能优异，而 且彻底解决了灯泡体后置式贯流栗装置进水流道内的旋涡问题，对于确保大流量栗站安 全、稳定和高效运行具有十分重要的意义。
[0004] 为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
[0005] 1.-种水力性能优异的灯泡体前置式贯流栗装置进水流道，沿水流方向顺序分为 直线形进口段、灯泡体过流段和瓶颈形圆台整流段等3段；
[0006] 所述灯泡体前置式贯流栗装置进水流道各几何尺寸均用以水栗叶轮直径Do为基 准值的相对值表示；
[0007] 直线形进口段位于灯泡体前置式贯流栗装置进水流道的前部，其作用是适应栗房 上部结构布置的需要和对水流进行初步整流;在该段中部设置中隔墩，该段进水流道的内 壁形线为直线；该段进水流道的长度Lm=2.183D〇、进口断面高度Htt?=1.887D()、进口 断面宽度B进口賊tin = 2.467D。、出口断面尚度Η进口段出□ = 1.714D〇、出口断面宽度B进口段出口 = 2.130D〇、进口顶板圆弧半径Rip板=lm，中隔墩的长度L|5it= 2.183D〇、厚度Β_?= 0.8m、头部圆 弧半径0.4m、尾部圆弧半径饰驗圏1= 0.4m;
[0008] 灯泡体过流段位于直线形进口段之后，该段用于放置灯泡体及其附属物并对水流 进行进一步调整;该段的灯泡体由碗形旋转体和圆柱体组成，在所述圆柱体的上部设置进 人孔，在所述圆柱体的下部设置两个平行的灯泡体支撑;该段进水流道的内壁形线采用详 细的断面位置图及数据表表示，数据表包括流道纵剖面上边线坐标(ΧΗ，ΥΗ)、下边线坐标 (X下i，Y下i)、断面高度Hi、断面宽度Bi、过渡圆半径Ri，各断面编号i及数据列于表1;所述碗形 旋转体母线的各点编号j及坐标列于表2;所述圆柱体的长度1.131 Do、断面直径Deb($ = 0.926D〇;进人孔为流线型柱体，其长度La^L=1.131D〇、宽度_L=〇.8m、头部圆弧半径 Rrl = 0.4m、尾部圆弧半径Rr2= 1. Om;灯泡体支撑为细长流线型柱体，其长度Lat = 1.375D〇、 宽度Β?? = 0. lDo、头部圆弧半径Rcl = 0.05D〇、尾部圆弧半径Rc2 = 0.476D〇;
[0009] 表1灯泡体过流段流道断面数据表
[0010]
[0012] 表2碗形旋转体母线各点编号及坐标
[0013]
[0014] 瓶颈形圆台整流段位于灯泡体过流段之后，该段用于对水流进行最终的整流，以 保证水流均匀顺直地进入水栗叶轮室；该段进水流道形体为瓶颈形圆台，在进水流道瓶颈 形圆台内设与所述圆柱体尾部连接的灯泡体瓶颈形圆台；瓶颈形圆台整流段的长度_= 1.25lDo，进水流道瓶颈形圆台的进口直径0_台an和出口直径EteM台出口分别为1.714D〇和 0.984D〇，灯泡体瓶颈形圆台的进口直径D：w__和出口直径DW_台出口分别为0.926D〇和 0.354D〇;该段进水流道瓶颈形圆台的母线和灯泡体瓶颈形圆台的母线均用以叶轮直径Do为 基准值的相对值表示，两者母线的各点编号k及坐标分别列于表3和表4;
[0015] 表3进水流道瓶颈形圆台母线各点编号及坐标
[0016]
[0017] 表4灯泡体瓶颈形圆台母线各点编号及坐标
[0018]
[0019]所述进水流道三维形体过流面由进水流道的内壁和中隔墩、碗形旋转体、圆柱体、 进人孔、灯泡体支撑、灯泡体瓶颈形圆台的外壁构成。
[0020] 2.-种水力性能优异的灯泡体前置式贯流栗装置进水流道的应用方法，包括以下 步骤：
[0021] (1)所述灯泡体前置式贯流栗装置进水流道各几何尺寸均用以叶轮直径Do为基准 值的相对值表示；
[0022] (2)-种水力性能优异的灯泡体前置式贯流栗装置进水流道，沿水流方向顺序分 为直线形进口段、灯泡体过流段和瓶颈形圆台整流段等3段；
[0023]直线形进口段位于灯泡体前置式贯流栗装置进水流道的前部，其作用是适应栗房 上部结构布置的需要和对水流进行初步整流;在该段中部设置中隔墩，该段进水流道的内 壁形线为直线；该段进水流道的长度Lm=2.183D〇、进口断面高度Htt?=1.887D()、进口 断面宽度B进口賊tin = 2.467D。、出口断面尚度Η进口段出□ = 1.714D〇、出口断面宽度B进口段出口 = 2.130D〇、进口顶板圆弧半径Rip板=lm，中隔墩的长度L|5it= 2.183D〇、厚度Β_?= 0.8m、头部圆 弧半径0.4m、尾部圆弧半径饰驗圏1= 0.4m;
[0024]灯泡体过流段位于直线形进口段之后，该段用于放置灯泡体及其附属物并对水流 进行进一步调整;该段的灯泡体由碗形旋转体和圆柱体组成，在所述圆柱体的上部设置进 人孔，在所述圆柱体的下部设置两个平行的灯泡体支撑;该段进水流道的内壁形线采用详 细的断面位置图及数据表表示，数据表包括流道纵剖面上边线坐标(ΧΗ，ΥΗ)、下边线坐标 (X下i，Y下i)、断面高度Hi、断面宽度Bi、过渡圆半径Ri，各断面编号i及数据列于表1;所述碗形 旋转体母线的各点编号j及坐标列于表2;所述圆柱体的长度1.131 Do、断面直径Deb($ = 0.926D〇;进人孔为流线型柱体，其长度La^L=1.131D〇、宽度_L=〇.8m、头部圆弧半径 Rrl = 0.4m、尾部圆弧半径Rr2= 1.0m;灯泡体支撑为细长流线型柱体，其长度Lat = 1.375D〇、 宽度Β?? = Ο. lDo、头部圆弧半径Rcl = 0.05D〇、尾部圆弧半径Rc2 = 0.476D〇;
[0025]瓶颈形圆台整流段位于灯泡体过流段之后，该段用于对水流进行最终的整流，以 保证水流均匀顺直地进入水栗叶轮室；该段进水流道形体为瓶颈形圆台，在进水流道瓶颈 形圆台内设与所述圆柱体尾部连接的灯泡体瓶颈形圆台；瓶颈形圆台整流段的长度_= 1.25lDo，进水流道瓶颈形圆台的进口直径0_台an和出口直径EteM台出口分别为1.714D〇和 0.984D〇，灯泡体瓶颈形圆台的进口直径D：w__和出口直径D W_台出口分别为0.926D〇和 0.354D〇;该段进水流道瓶颈形圆台的母线和灯泡体瓶颈形圆台的母线均用以叶轮直径Do为 基准值的相对值表示，两者母线的各点编号k及坐标分别列于表3和表4;
[0026]所述进水流道三维形体过流面由进水流道的内壁和中隔墩、碗形旋转体、圆柱体、 进人孔、灯泡体支撑、灯泡体瓶颈形圆台的外壁构成；
[0027] (3)所述灯泡体前置式贯流栗装置进水流道直线形进口段的长度L??和进口断面 宽度BftW分别为2.183D0和为2.467D0,两者均可根据栗房布置的需要在此基础上增加或 减少；
[0028] (4)所述圆柱体的长度1^_和直径0_分别为1.131D0和0.926DO,两者均可在此基 础上根据所述圆柱体内设备布置的要求适当加大或减小；
[0029] (5)所述圆柱体的长度1*0$改变为1/ _后，所述灯泡体过流段的长度1^锻随之改 变为
[0030] 1/迪锻=1/剛$+0.5960〇
[0031] 式中，I/·锻表示调整后的灯泡体过流段的长度，!/_表示调整后的圆柱体的长 度；
[0032] (6)所述圆柱体的直径改变为D'_后，所述碗形旋转体和灯泡体瓶颈形圆台的母 线均需作相应调整；
[0033] 所述碗形旋转体母线的调整计算式如下：
[0034] X'j = Xj
[0035]
[0036] 式中，Xj和Yj分别为所述碗形旋转体母线第j个点X方向和Y方向的坐标，（j = 1， 2，……，1