[发明专利]一种消除大流量斜式轴流泵站出水流道偏流的方法

说明书

技术领域

本发明属于水利工程泵站技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。本发明的特征是：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。本发明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。

为实现本发明的目的，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；