一种消除大流量斜式轴流泵站出水流道偏流的方法技术

本发明专利技术公开了一种消除大流量斜式轴流泵站出水流道偏流的方法，属于水利工程泵站技术领域。该方法的特征是：在斜式出水流道常规中隔墩长度的基础上，适当增加中隔墩长度；采用CFD方法，对具有不同中隔墩长度增加量的斜式出水流道计算方案分别进行三维流场计算；计算所述各个方案左右两孔的出流比，并绘制所述两孔出流比与中隔墩长度增加量相对值之间的关系曲线，在该曲线上找到两孔出流比为1时所对应的中隔墩长度增加量；在出水流道常规中隔墩长度的基础上增加所得到的最适宜中隔墩长度增加量，构成拟采用的出水流道方案。本发明专利技术主要用于解决因大流量斜式轴流泵站出水流道内的水流严重偏流而导致的安装在工作闸门上的拍门产生振动的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水利工程泵站
，具体涉及一种消除大流量斜式轴流泵站出水流道偏流的方法，主要用于解决因出水流道内的水流严重偏流而导致的安装在流道出口工作闸门上的拍门产生振动的问题。
技术介绍
为了适应较低的扬程，一些大流量泵站采用倾斜安装的轴流泵，其泵轴与水平线成一定角度的夹角α(α＝15°～45°)，与斜式进水流道和斜式出水流道配合使用。斜式出水流道均需设计成向下弯曲的形体，以便泵轴伸出流道与驱动电机联结。斜式出水流道的出口需设置液压控制的工作闸门，用于在水泵机组停机时能快速下落截断水流，防止水泵机组因水流倒流而发生飞逸。为防工作闸门失灵，还需在工作闸门外口设置事故闸门。由于大流量斜式轴流泵站出水流道出口断面的宽度较大，为避免采用大宽度的闸门，通常在出水流道出口设置闸门处设置中隔墩，以便将大宽度闸门分为两块宽度较小的闸门。斜式出水流道常规中隔墩的长度根据满足设置工作闸门和事故闸门的要求确定。因为大流量泵站的轴流泵机组是在闭闸情况下启动的，为防止水泵驱动电机在启动过程中过载，常用的方法是在工作闸门上开设2～4扇拍门。在水泵机组的启动阶段，工作闸门尚未来得及开启，但装设在工作闸门上的拍门则可以在水流的撞击下率先开启，使水泵的启动扬程降低，从而达到降低水泵轴功率、防止驱动电机过载的目的。研究结果表明：在水泵运行过程中，由于从水泵导叶体流出的水流具有较大的环量，当旋转的水流从弯曲的出水流道流过时，在水流惯性和离心力的共同作用下，流道内的水流发生显著的偏流现象；面向出水流道出口向出水流道看，水泵的旋转方向为顺时针，流道内的主流偏向右侧；偏流导致安装在右侧工作闸门上的拍门在不稳定水流的作用下产生较大的振动和对闸门的撞击，发出巨大的声响，严重影响到水泵机组的稳定运行。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述方法中的缺陷，根据研究得到的增加中隔墩长度可使流道内的水流从右偏改变为左偏的现象(面向出水流道出口向出水流道看，下同)，逐步增加中隔墩长度并寻求最适宜的中隔墩长度增加量，使斜式出水流道左右两孔的出流均衡，从而达到解决流道出口偏流问题的目的。本专利技术的特征是：根据逐步增加斜式出水流道中隔墩长度可使流道出口的水流从右偏改变为左偏的现象，在斜式出水流道常规中隔墩长度的基础上适当增加中隔墩长度，使斜式出水流道左右两孔的出流均衡，从而解决因出水流道内的水流严重偏流而导致的安装在流道出口工作闸门上的拍门产生振动的问题；采用CFD方法，对具有不同
中隔墩长度增加量的斜式出水流道计算方案分别进行三维流场计算；根据三维流场数值模拟结果，计算所述各个方案左右两孔的出流比，并绘制所述两孔出流比与中隔墩长度增加量相对值(以水泵叶轮直径D0为基准值)之间的关系曲线；在该曲线上找到两孔出流比为1时所对应的中隔墩长度增加量相对值并将其乘以D0得到中隔墩长度增加量，将其作为最适宜的中隔墩长度增加量；在出水流道常规中隔墩长度的基础上增加所得到的最适宜中隔墩长度增加量，构成所述大流量斜式轴流泵站拟采用的出水流道方案。本专利技术提供的方法对解决大流量斜式轴流泵站因出水流道内的水流严重偏流而导致的流道出口水流不稳定及拍门振动问题具有十分重要的意义。为实现本专利技术的目的，采用如下技术方案：1.经过深入研究，发现：采用常规中隔墩的斜式出水流道内的水流严重右偏；在常规中隔墩的基础上适当增加中隔墩长度可减轻流道内水流右偏的程度；中隔墩长度增加过大，会使斜式出水流道内的水流从右偏改变为左偏；根据这一现象可寻求适宜的中隔墩长度增加量，以解决因斜式出水流道内的水流严重偏流而导致的安装在流道出口工作闸门上的拍门产生振动的问题；2.根据大流量斜式轴流泵站初步设计的斜式出水流道的几何形体尺寸，在出水流道内设置常规长度的中隔墩，形成出水流道计算方案1；从所述斜式出水流道直线段的水平长度中扣除已有常规中隔墩的长度，将余下的部分分为n等份，每等份的长度为ΔL；在计算方案1的基础上将中隔墩长度增加ΔL形成出水流道计算方案2；在计算方案2的基础上将中隔墩长度增加ΔL形成出水流道计算方案3；依此类推，形成(n+1)个具有不同中隔墩长度的出水流道计算方案；3.采用CFD方法对所述斜式出水流道各计算方案进行设计流量的三维流场数值模拟，根据流场数值模拟的结果分别计算流道左右两孔的出流量；4.所述出水流道三维流场数值模拟的边界条件按以下方式给出：(1)所述三维流场进口断面的边界条件为平均轴向流速和平均切向流速的迭加；(2)所述平均轴向流速根据所述大流量泵站单台水泵机组的设计流量和流道进口的过流断面面积计算；(3)为准备好所述出水流道三维流场数值模拟所需的进口断面边界条件，在水泵模型导叶体出口水流平均角速度检测装置中，对常用轴流泵模型导叶体出口设计流量的水流所具有的平均角速度一一进行检测，并将检测结果保存备用；(4)根据原型水泵与模型水泵导叶体出口断面水流速度的环量比等于模型比的原则，将所检测的模型水泵的平均角速度按(1)式换算至原型水泵： ω ‾ = λ L ω ‾ m ( D 1 m 2 - D 2 m 2 ) D 1 2 - D 2 2 - - - ( 1 ) ]]>式中，和分别为模型水泵和原型水泵导叶体出口断面水流的平均角速度，rad/s；D0m和D0分别为模型水泵和原型水泵的叶轮直径，m；λL为原型水泵与模型水泵的模型比；D1m和D1分别为模型水泵和原型水泵导叶体出口断面直径，m；D2m和D2分别为模型水泵和原型水泵导叶轮毂体出口断面的直径，m；下标“m”表示模型水泵的数据；根据所述流场进口断面切向动能的平衡关系，该断面的平均切向流速按(2)式计算：式中，为所述流场进口断面的平均切向流速，m/s；(5)所述出水流道的出口断面与所述大流量泵站的出水池连接，所述流场的出口断面设在出水池中，距出水流道出口断面2倍所述出水流道直线段的水平长度，该流场出口断面的边界条件按自由出流边界条件给出；5.从出水流道计算方案1开始，对所述(n+1)个具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除大流量斜式轴流泵站出水流道偏流的方法，其特征是，根据逐步增加斜式出水流道中隔墩长度可使流道内的水流从右偏改变为左偏的现象，右偏、左偏是面向出水流道出口向出水流道看，在斜式出水流道常规中隔墩长度的基础上适当增加中隔墩长度，采用CFD方法计算最适宜的中隔墩长度增加量，使斜式出水流道左右两孔的出流均衡，从而达到避免安装在流道出口工作闸门上的拍门在不均衡水流作用下产生振动的目的。

【技术特征摘要】
1.一种消除大流量斜式轴流泵站出水流道偏流的方法，其特征是，根据逐步增加斜式出水流道中隔墩长度可使流道内的水流从右偏改变为左偏的现象，右偏、左偏是面向出水流道出口向出水流道看，在斜式出水流道常规中隔墩长度的基础上适当增加中隔墩长度，采用CFD方法计算最适宜的中隔墩长度增加量，使斜式出水流道左右两孔的出流均衡，从而达到避免安装在流道出口工作闸门上的拍门在不均衡水流作用下产生振动的目的。2.一种消除大流量斜式轴流泵站出水流道偏流的方法，其特征是，包括以下步骤：(1)根据大流量斜式轴流泵站初步设计的斜式出水流道的几何形体尺寸，在出水流道内设置常规长度的中隔墩，形成出水流道计算方案1；从所述斜式出水流道直线段的水平长度中扣除已有常规中隔墩的长度，将余下的部分分为n等份，每等份的长度为ΔL；在计算方案1的基础上将中隔墩长度增加ΔL形成出水流道计算方案2；在计算方案2的基础上将中隔墩长度增加ΔL形成出水流道计算方案3；依此类推，形成(n+1)个具有不同中隔墩长度的出水流道计算方案；(2)采用CFD方法对所述斜式出水流道各计算方案进行设计流量的三维流场数值模拟，根据流场数值模拟的结果分别计算流道左右两孔的出流量；(3)所述出水流道三维流场数值模拟的边界条件按以下方式给出：①所述三维流场进口断面的边界条件为平均轴向流速和平均切向流速的迭加；②所述平均轴向流速根据所述大流量泵站单台水泵机组的设计流量和流道进口的过流断面面积计算；③为准备好所述出水流道三维流场数值模拟所需的进口断面边界条件，在水泵模型导叶体出口水流平均角速度检测装置中，对常用轴流泵模型导叶体出口设计流量的水流所具有的平均角速度一一进行检测，并将检测结果保存备用；④根据原型水泵与模型水泵导叶体出口断面水流速度的环量比等于模型比的原则，将所检测的模型水泵的平均角速度换算至原型水泵并根据流场进口断面切向动能的平衡关系，计算所述进口断面的平均切向流速；⑤所述出水流道的出口断面与所述大流量泵站的出水池连接，所述流场的出口断面设在出水池中，距出水流道出口断面2倍所述出水流道直线段的水平长度，该流场出口断面的边界条件按自由出流边界条件给出；(4)从出水流道计算方案1开始，对所述(n+1)个具有不同中隔墩长度的斜式出水流道计算方案依次进行下列计算：①采用CFD方法对出水流道进行设计流量的三维流场数值模拟；②根据第①步的三维流场数值模拟结果，计算出水流道左右两孔的出流量及出流比；③根据第②步的计算结果，以所述大流量泵站拟采用水泵的叶轮直径D0为基准，计算斜式出水流道中隔墩长度增加量的相对值并绘制流道左右两孔出流比与中隔墩长度增加量相对值之间的关系曲线；④...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆林广，陆伟刚，徐磊，练远洋，施克鑫，洪飞，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32