[发明专利]一种污物进泵规律试验装置与研究方法

说明书

一种污物进泵规律试验装置与研究方法，属于泵站工程技术领域，包括试验装置、拦污网、简易机械手、典型试验污物选取制作、污物进泵位置试验实测、试验数据处理与数值模拟及理论分析；采用试验与数值模拟、理论分析相结合的方法，研究泵站不同污物从拦污栅过流断面不同位置穿过进入泵装置进水流道的运动规律，分析污物比重等特性及其穿过拦污栅的位置等因素对污物到达水泵叶轮叶片进口断面位置的影响，进而对进泵堵塞的影响；研究成果可以预测污物进泵是否堵塞及堵塞位置，指导改进拦污栅和水泵设计，减少和避免泵内污物缠堵，保证泵站安全、高效运行。

技术领域

本发明属于泵站工程技术领域，涉及污物进泵规律试验装置与研究方法，具体的说是涉及一种污物通过拦污栅后进入水泵规律的试验装置以及污物进泵规律的试验、流动数值模拟与理论分析相结合的研究方法。

背景技术

泵站、特别是排涝泵站，取水河道存在大量污物，包括水生植物、工业垃圾和生活垃圾，例如：水草、塑料制品、编织袋、树枝等，其中，又以水草、编织袋、塑料袋为最多。为防止大量污物、特别是大体积污物随水流进入水泵，对水泵造成堵塞和破坏，一般在泵站进口设置拦污栅。

工程实际中，大部分污物能够被拦污栅拦截，但由于污物尺寸小、或污物近栅时小尺寸方向正对栅面、清污机清污过程中对污物位置调整、切割等原因，造成污物通过拦污栅进入水泵，尤其汛期，泵站来流污物量增大。如果污物进入水泵，会缠绕叶片、降低流量和运行效率、甚至导致水泵损坏，影响水泵机组正常运行。

在泵站实际运行中，一方面，如果栅面没有堵塞，由于污物密度不同，污物从拦污栅过流断面的不同位置穿过。比重接近于水的污物大部分情况从栅面过流断面的中部穿过，比重较小的污物从栅面过流断面上部穿过，比重较大的污物从栅面过流断面下部穿过。另一方面，污物、特别是大尺寸污物会堵塞栅面，比重接近水的污物随机堵塞栅面的任何部位，比重小的污物堵塞上部栅面，比重大的污物堵塞下部栅面。当栅面上部堵塞时，比重小的小尺寸污物会在水流带动下下潜从栅面下部穿过；当栅面下部堵塞时，比重大的小尺寸污物会在水流带动下上升从栅面上部穿过。因此，比重不同的污物可能从拦污栅过流断面的任何部位穿过，随水流进入水泵。进入水泵的污物，是顺利通过水泵，还是在泵内形成缠堵及缠堵的位置与形式，其影响因素是多方面的，包括污物比重、形状、柔软度和尺寸等特性、污物到达叶轮时所处的位置、水流流场情况、水泵结构等因素。例如，位于两叶片之间远离轮毂的污物较易直接通过叶轮段；而在叶轮进口断面中心区域，由于在轮毂与叶片内缘之间从叶片进口至叶片轴根部有一自下而上逐渐收缩的夹角，所以污物较易在该处卡死形成堵塞。

实际泵站中，轴流泵、特别是中小型轴流泵，经常发生污物堵塞水泵，造成流量减小、功率增加、效率大幅度下降，甚至造成水泵过流损坏、电机过载，影响泵站安全、高效运行。

发明内容

本发明为克服泵站污物进泵存在的上述问题，了解污物进泵位置，研究污物进泵规律及机理及其影响因素，提出一种污物进泵规律试验装置与研究方法，模拟泵站运行，摄像观测污物进泵运动规律，在叶轮叶片进口断面前加装拦污网以观测确定污物到达叶轮叶片进口断面的位置，又不致污物堵塞水泵；设计简易机械手在拦污栅过流断面释放试验污物，并在试验污物缠堵拦污网时进行清污；在拦污网所在平面建立极坐标系，记录标识污物到达拦污网的位置；对泵装置内部流动进行数值模拟，并进行理论分析，得到从拦污栅过流断面不同位置穿过的不同比重的污物到达叶轮叶片进口断面的位置，分析数值模拟、理论分析结果与试验实测结果的一致性。