本發(fā)明屬于泵站的應用領域,特別涉及一種斜式進水流道的設計方法。

背景技術：

斜式進水流道是適用于大型低揚程泵站的一種泵裝置型式。根據(jù)泵軸軸線與水平線的夾角，斜式進水流道采用的泵軸傾角一般為15°，30°和45°等3種。與立式泵裝置相比，斜式進水流道具有流道彎曲程度小、水力損失較小、廠房高度小和散熱條件好等優(yōu)點，因而特別適用于低揚程大型泵站，曾被南水北調(diào)東線工程作為首選裝置型式。斜式進水流道二十多年前在我國開始得到應用。由于斜式泵裝置的泵軸傾斜安裝，軸承的受力相對較為復雜，對軸承有較高要求。國內(nèi)大型斜式進水流道所采用的軸承曾一度受到質疑，因而目前這種型式的泵裝置在大型低揚程泵站的實際應用還比較少。隨著我國近一些年來機械制造業(yè)整體水平的快速提高，解決大型泵站斜式進水流道軸承問題的條件己具備。

大型斜式泵站必須配置斜式進水流道，將進水池中的水流平順地引至水泵進口，為水泵提供良好的進水流態(tài)，以充分發(fā)揮斜式水泵效率高和水力性能優(yōu)良等優(yōu)點。斜式進水流道的出口離彎曲段很近，其出口斷面的流速和壓力分布受彎曲段離心力的影響又很大，故要求進水流道必須具有合理的幾何參數(shù)。

由于斜式進水流道的應用時間還不長，對斜式進水流道的水力設計方法尚缺乏研究。為使斜式進水流道的水力設計更加合理，實現(xiàn)以盡可能少的投資達到最佳的水泵裝置性能，本人提供了一種泵站用的斜式進水流道的設計方法。

專利號為CN201520043127.1號的中國發(fā)明專利中公開了一種斜式進水流道的優(yōu)化設計方法，并公開了水力性能優(yōu)異的系列斜式進水流道及其應用方法。提供傾角為15°、20°、25°、30°、35°和40°的斜式軸伸泵配套使用的6種斜式進水流道的立面圖(含斷面位置線)、平面展開圖(含斷面位置線)和斷面數(shù)據(jù)表。然而其并沒有給出任意傾角斜式的設計方法。

技術實現(xiàn)要素：

針對以上存在的不足之處，本發(fā)明人發(fā)明了一種泵站用的斜式進水流道的設計方法。不僅給出了任意傾角斜式流道的設計方法，而且實用性強、應用方便,對保證斜式進水流道的設計質量,確保泵站的安全、穩(wěn)定和高效運行具有重要意義。

斜式進水流道的作用是為了盡可能降低進水流態(tài)的水力損失，因此對吸水室的設計要求比較高。傳統(tǒng)的設計只是相對降低其水力損失，對于其穩(wěn)定性、安全性以及經(jīng)濟性考慮較少，而這些恰恰都是泵站設計中不可忽略的地方，因此，對其進一步進行優(yōu)化設計顯得尤為重要。本發(fā)明為了解決上述的問題，給出了不同于傳統(tǒng)設計的斜式進水流道的設計方法。

本發(fā)明通過改善斜式進水流道的幾個重要幾何參數(shù)，盡可能降低在進水流道內(nèi)的水力損失，以此提高泵站的高效性和穩(wěn)定性。

為了實現(xiàn)以上所述得目的而所采用的技術方案是：給定泵站用泵的設計工況流量Q、設計工況揚程H、設計工況轉速n、泵站用泵的葉輪直徑D₀、進口傾角θ等幾個參數(shù)，來計算一種泵站用的斜式進水流道的主要幾何參數(shù)：包括：流道出口錐角γ，水泵葉輪的中心相對流道底部的高度H_w，流道進口寬度B_j，流道長度X_L，流道底部傾角β，進口段的進口高度H_j，圓錐段長度H_Z，流道頂部傾角α，管口淹水深H₁，

(1)流道出口錐角γ的設計公式為：

式中：

θ—斜式進水流道進口傾角，度；

γ—流道出口錐角，度。

(2)水泵葉輪的中心相對流道底部的高度H_w的設計公式為：

式中：

θ—斜式進水流道進口傾角，度；

D₀—葉輪直徑，米；

H_w—水泵葉輪的中心相對流道底部的高度，米。

(3)流道進口寬度B_j的設計公式為：

B_j＝-1.23Q^-0.591·D₀^2.182+3.919·D₀ (3)

式中：

D₀—葉輪直徑，米；

Q—泵站用泵的流量，米³/秒；

B_j—流道進口寬度，米。

(4)流道長度X_L的設計公式為：

X_L＝(3.043e^0.0002778Q-0.0432e^-0.03845Q)·D₀ (4)

式中：

D₀—葉輪直徑，米；

Q—泵站用泵的流量，米³/秒；

X_L—流道長度，米。

(5)流道底部傾角β的設計公式為：

β＝0.6178e^0.06366θ (5)

式中：

θ—斜式進水流道進口傾角，度；

β—流道底部傾角，度。

(6)進口段的進口高度H_j的設計公式為：

式中：

D₀—葉輪直徑，米；

Q—泵站用泵的流量，米³/秒；

H_j—進口段的進口高度，米。

(7)流道頂部傾角α的設計公式為：

α＝81.67-17.15cos(0.05764θ)-77.74sin(0.05764θ)-23.44cos(0.11528θ)-1.025sin(0.11528θ)

(7)

式中：

θ—斜式進水流道進口傾角，度；

α—流道頂部傾角，度。

(8)圓錐段長度H_Z的設計公式為：

H_Z＝(1.353+0.3432cos(1.11H)-1.322sin(1.11H)-0.09652cos(2.22H)-0.475sin(2.22H))D₀

(8)

式中：

H—泵站用泵的揚程，米；

D₀—葉輪直徑，米；

H_Z—圓錐段長度，米。

(9)管口淹水深H₁的設計公式為：

式中：

n—泵站用泵的轉速，轉/分鐘；

Q—泵站用泵的流量，米³/秒；

H—泵站用泵的揚程，米。

H₁—管口淹水深，米；

n_s—泵站用泵比轉速。

本發(fā)明的有益效果為：

根據(jù)本發(fā)明設計方法確定斜式進水流道的主要幾何參數(shù)，包括：斜式進水流道進口傾角θ，流道出口錐角γ，水泵葉輪的中心相對流道底部的高度H_w，流道進口寬度B_j，流道長度X_L，流道底部傾角β，進口段的進口高度H_j，圓錐段長度H_Z，流道頂部傾角α，管口淹水深H₁后，一定程度上改善了進水流態(tài)，大大降低了進水流道的水力損失，從而提高了泵站運行的穩(wěn)定性和高效性。

附圖說明

圖1是泵站用的斜式進水流道的剖面圖。

圖2是泵站用的斜式進水流道的平面圖。

具體實施方法

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明通過以下幾個公式來確定一種泵站用的斜式進水流道的主要幾何參數(shù)，包括流道出口錐角γ，水泵葉輪的中心相對流道底部的高度H_w，流道進口寬度B_j，流道長度X_L，流道底部傾角β，進口段的進口高度H_j，圓錐段長度H_Z，流道頂部傾角α，管口淹水深H₁。

此實施例是在給定泵站用泵的設計工況流量Q、設計工況揚程H、設計工況轉速n、泵站用泵的葉輪直徑D₀、進口傾角θ等幾個參數(shù)來計算一種泵站用的斜式進水流道的主要幾何參數(shù)，例如Q＝250米³/秒，H＝17米，n＝1470轉/分鐘，D₀＝0.25米，θ＝28度：

B_j＝-1.23Q^-0.591·D₀^2.182+3.919·D₀＝0.977m

X_L＝(3.043e^0.0002778Q-0.0432e^-0.03845Q)·D₀＝0.815m

β＝0.6178e^0.06366θ＝3.67°

α＝81.67-17.15cos(0.05764θ)-77.74sin(0.05764θ)-23.44cos(0.11528θ)-1.025sin(0.11528θ)＝28.2°H_Z＝(1.353+0.3432cos(1.11H)-1.322sin(1.11H)-0.09652cos(2.22H)-0.475sin(2.22H))D₀＝0.22m

本發(fā)明采用相對準確的公式對一種泵站用的斜式進水流道的主要幾何參數(shù)進行設計，主要是通過改善斜式進水流道的相關參數(shù)以達到降低其內(nèi)部水力損失的效果。這不僅提高了泵站運行的穩(wěn)定性和高效性，還降低了其維修周期，這對于大型水力工程建筑有十分重要的意義。

上述為本發(fā)明專利參照實施例做出的詳細說明，但是本發(fā)明并不局限于以上的實施例，也包括本發(fā)明構思范圍內(nèi)的其他實施例以及變形例。