第10章 进水建筑物(3进水池
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0.5D 1
45°
1.8D 1
0.8D 1
1.8D 1
0.8D1
0.9D 1
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
D1
(e)
D1
(f )
(g)
图3-30防涡措施之二
(h)
(i)
(a)后墙盖板 (b)管后隔板 (c)水下隔板 (d)水下隔柱 (e)倾斜隔板 (f )池底隔墙 (g)管前隔板 (h)池底隔板 (i)复合隔板
(1)试验条件不同; (2)进水池流速模拟的准则不同: Froude准则 : λv= λ0.5 Euler准则 : λv= λ0 (3)临界淹深的定义不一
hs的确定方法:
(1)陕西工业大学 (2)[日]近腾正道 (3)美国水力学会 (4)近似估算法
综合:hs=(1.2~1.8)D1
*注意:确定淹深时,规划上给出的▽min没 考虑拦污栅、进水闸的损失,因此,在设计中, 千万要注意,特别是拦污栅损失,有大有小,按 损失公式计算太小,个别情况拦污栅上下游水位 差达1m以上,甚至更高。江苏的大型泵站建设中 一般取该损失为0.4m左右,拦污栅损失大小与清 污是否及时关系很大。
1.0
0
7.4 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.75 P /D 1
a)
b)
¦Ξ -P/D1关系曲线 a)国内试验曲线 b)国外试验曲线
图3-23
对立式轴流泵,当P/D1>1.0时,将造成单面进水,水泵效率开始下降。
D1
图3-24
P >D 1时流速分布示意图
P >D 1
hs
h悬 h悬
六、进水池的消涡措施
• 措施一:水下盖板、水下盖箱、水上盖板
双进水口、导流锥。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图3-29 防涡措施之一
(a)水下盖板 (b)水下盖箱 (c)水上盖板
(d)双进水口 (e)加导水锥
• 措施二:后墙盖板、管后隔板、水下隔板、
水下隔柱、倾斜隔板、池底隔墙、 管前隔板、池底隔板、综合隔板。
一般取 T≤0.5D1
4.悬空高 ( P) bottom clearance
4 D 1 v1 D1Pv'
2
D1 P 4 假定喇叭口下的过水断面为半球面,水平向流速分布 为双曲线,则:
P 0.62 D1
D1 v1
hs
双曲线
图3-22
管口悬空高P
P
v'
a)国内试验曲线、b)国外试验曲线
hs
(a)
图3-25
(b)
不同旋涡形态图
(c)
(d)
(2)水中涡submerged vortex
附底涡 floor vortex 侧壁涡 side wall vortex 后壁涡 back wall vortex
水中涡发生位置及漩涡强度取决于:
a.池内水流的环流强度; b.吸水管至池边壁的距离。 而与喇叭淹没深度没有直接关系。
四、进水池中漩涡产生的原因分析
1.进水条件
当侧向进水时,由于主流偏移,横向的流速梯度很大,往 往导致水面涡的产生; 如果池中的流速过高,流经喇叭口上层水流在撞到进水池 后壁或侧墙再向喇叭口收敛时,就会形成侧壁涡或后壁涡。 当前池流态紊乱,具有漩转动量的水流进入池中,也容易 发生漩涡。
2.平面形状
a) b) c)
第三节 进 水 池
一、作用与设计要求 1.作用:
(1)为水泵创造良好的吸水条件; (2)在泵机组检修时截断水流; (3)拦截水中污物。
2.设计要求:
(1)各过水断面要有较为均匀的流速分布,防 止偏流和大尺度回旋; (2)较小的水力损失; (3)池中无有害旋涡。
3.基本流态
1 5 2 4
3.4.5 4 2 5 1
1.8D 1
图 ห้องสมุดไป่ตู้-19 进水池内水流状态
二、进水池中的不良流态
1.偏流、大回漩 2.漩涡
(1)表面涡
Ⅰ.表面凹陷涡 dimple vortex
Ⅱ.间隙吸气涡 intermittent air entraining vortex Ⅲ.连续吸气涡(串通涡)continuous air entraining vortex Ⅳ.同轴涡 coaxial vortex
五、进水池尺寸的确定
1.池宽(sump width) a.平面形状的确定
a)
b)
c)
d)
e)
f )
b.池宽B的确定:
假定吸水管管口平面流线为管口的渐开线: B= π D1
(认为水流均由喇叭口以下的水层提供,不符合实际)
池宽影响:泵站土建投资 池内的流态
过大的池宽不仅增加工程量,而且由于整流作用的减弱反而利于漩涡 的形成,恶化进水条件; 池宽过小,由于池内流速的增加,亦易形成表面涡或侧壁的附壁涡。 B=πD1的尺寸偏大,反而易使池内水流产生偏流,并降低装臵效率, 试验表明,B=(2~2.5)有较高的装臵效率。
(a) 图10-19 (b) (c)
h悬
泵站设计规范(GB/T 50265-97)建议:
喇叭管垂直布置: P =(0.5~0.8)D1 喇叭管倾斜布置: P =(0.8~1.0)D1 喇叭管水平布置: P =(1.0~1.25)D1
*注意:有些河道泥沙较多,容易淤积及板结,这 时,P应考虑适当放大。
5.临界淹没深度(critical submergence)
[定义] 不致发生有害表面涡时的管口淹深(hs)。
影响因素:a. 行近流速与流态; b. 进水池边界尺寸、形状; c. 吸水管形状与吸水形式; d. 波浪。
国内外对淹深取值的研究很多,但出入很大,最小的为0.8D1。 最大的为2.8D1,主要原因为:
d)
e)
f )
3.喇叭口淹深 4.悬空高
过小的悬空高易产生附底涡,悬空高从0.3开始减小时, 吸水口下开始出现小涡点,当减至0.1时,附底涡发生严重, 并引起泵的汽蚀、振动。
5.水泵或进水管在进水池中的位置 6.后壁距 7.水泵运行工况的影响
立式泵如果在小流量工况下运行时,由于叶轮进口处产 生回漩的从生流,当这种回漩的从生流达到某一强度时, 就会引起附底涡,并可能伸入喇叭口内。
¦ Ξ 5.0
10.6 10.2 ξ 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 P /D 1 0.7
¦ Ξ P /D 1
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5
0.6
¦ Ξ P/D 1 ~
Q ~P / D 1
9.8 9.4 9.0 8.6 8.2 7.8
综合流态工程量因素, B=(2~3)D1
2.池长(L)(sump length) 秒换水系数法: hBL1=KQ 同时规定 L≥(4~5)D1。
△h
*注意:池长、池宽的确定要与上部结构的布臵协调考 虑,防止顾此失彼。
L1
D1
L
B
h
3.后壁距(T)(back wall clearance)
试验表明,在T很小的情况下,即使进水池水位很低, 也不会产生有害漩涡,仅有在两角产生小的回漩,说明T 越小越好,但是,当T过小时,由于流线的急剧弯曲,也 会导致进口的流速分布、压力分布不均匀,同时,管口紧 靠后壁,也会导致安装上的不便。
三、不良流态的危害
1.导致过水断面流速分布的不均匀,降低水泵的抽水性能 (η↓,Q↓)
2.空气的吸入会严重影响水泵的效率并诱发汽蚀的产生。 1%(体积比)的空气进入泵内,能引起离心泵效率下降 15%;进气量超过10%,水泵便不能工作。 3.叶轮切割涡带,使叶轮受力不平衡,导致振动。
4.池内漩涡方向的变化,导致Q、H的减小或电机超载。 漩涡方向与叶轮转向一致:Q、H↓,降底泵的利用率。 漩涡方向与叶轮转向相反:N↑,导致超载。 5.不良流态必然导致能量损失的增加。
45°
1.8D 1
0.8D 1
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(b)
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(d)
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D1
(e)
D1
(f )
(g)
图3-30防涡措施之二
(h)
(i)
(a)后墙盖板 (b)管后隔板 (c)水下隔板 (d)水下隔柱 (e)倾斜隔板 (f )池底隔墙 (g)管前隔板 (h)池底隔板 (i)复合隔板
(1)试验条件不同; (2)进水池流速模拟的准则不同: Froude准则 : λv= λ0.5 Euler准则 : λv= λ0 (3)临界淹深的定义不一
hs的确定方法:
(1)陕西工业大学 (2)[日]近腾正道 (3)美国水力学会 (4)近似估算法
综合:hs=(1.2~1.8)D1
*注意:确定淹深时,规划上给出的▽min没 考虑拦污栅、进水闸的损失,因此,在设计中, 千万要注意,特别是拦污栅损失,有大有小,按 损失公式计算太小,个别情况拦污栅上下游水位 差达1m以上,甚至更高。江苏的大型泵站建设中 一般取该损失为0.4m左右,拦污栅损失大小与清 污是否及时关系很大。
1.0
0
7.4 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.75 P /D 1
a)
b)
¦Ξ -P/D1关系曲线 a)国内试验曲线 b)国外试验曲线
图3-23
对立式轴流泵,当P/D1>1.0时,将造成单面进水,水泵效率开始下降。
D1
图3-24
P >D 1时流速分布示意图
P >D 1
hs
h悬 h悬
六、进水池的消涡措施
• 措施一:水下盖板、水下盖箱、水上盖板
双进水口、导流锥。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
图3-29 防涡措施之一
(a)水下盖板 (b)水下盖箱 (c)水上盖板
(d)双进水口 (e)加导水锥
• 措施二:后墙盖板、管后隔板、水下隔板、
水下隔柱、倾斜隔板、池底隔墙、 管前隔板、池底隔板、综合隔板。
一般取 T≤0.5D1
4.悬空高 ( P) bottom clearance
4 D 1 v1 D1Pv'
2
D1 P 4 假定喇叭口下的过水断面为半球面,水平向流速分布 为双曲线,则:
P 0.62 D1
D1 v1
hs
双曲线
图3-22
管口悬空高P
P
v'
a)国内试验曲线、b)国外试验曲线
hs
(a)
图3-25
(b)
不同旋涡形态图
(c)
(d)
(2)水中涡submerged vortex
附底涡 floor vortex 侧壁涡 side wall vortex 后壁涡 back wall vortex
水中涡发生位置及漩涡强度取决于:
a.池内水流的环流强度; b.吸水管至池边壁的距离。 而与喇叭淹没深度没有直接关系。
四、进水池中漩涡产生的原因分析
1.进水条件
当侧向进水时,由于主流偏移,横向的流速梯度很大,往 往导致水面涡的产生; 如果池中的流速过高,流经喇叭口上层水流在撞到进水池 后壁或侧墙再向喇叭口收敛时,就会形成侧壁涡或后壁涡。 当前池流态紊乱,具有漩转动量的水流进入池中,也容易 发生漩涡。
2.平面形状
a) b) c)
第三节 进 水 池
一、作用与设计要求 1.作用:
(1)为水泵创造良好的吸水条件; (2)在泵机组检修时截断水流; (3)拦截水中污物。
2.设计要求:
(1)各过水断面要有较为均匀的流速分布,防 止偏流和大尺度回旋; (2)较小的水力损失; (3)池中无有害旋涡。
3.基本流态
1 5 2 4
3.4.5 4 2 5 1
1.8D 1
图 ห้องสมุดไป่ตู้-19 进水池内水流状态
二、进水池中的不良流态
1.偏流、大回漩 2.漩涡
(1)表面涡
Ⅰ.表面凹陷涡 dimple vortex
Ⅱ.间隙吸气涡 intermittent air entraining vortex Ⅲ.连续吸气涡(串通涡)continuous air entraining vortex Ⅳ.同轴涡 coaxial vortex
五、进水池尺寸的确定
1.池宽(sump width) a.平面形状的确定
a)
b)
c)
d)
e)
f )
b.池宽B的确定:
假定吸水管管口平面流线为管口的渐开线: B= π D1
(认为水流均由喇叭口以下的水层提供,不符合实际)
池宽影响:泵站土建投资 池内的流态
过大的池宽不仅增加工程量,而且由于整流作用的减弱反而利于漩涡 的形成,恶化进水条件; 池宽过小,由于池内流速的增加,亦易形成表面涡或侧壁的附壁涡。 B=πD1的尺寸偏大,反而易使池内水流产生偏流,并降低装臵效率, 试验表明,B=(2~2.5)有较高的装臵效率。
(a) 图10-19 (b) (c)
h悬
泵站设计规范(GB/T 50265-97)建议:
喇叭管垂直布置: P =(0.5~0.8)D1 喇叭管倾斜布置: P =(0.8~1.0)D1 喇叭管水平布置: P =(1.0~1.25)D1
*注意:有些河道泥沙较多,容易淤积及板结,这 时,P应考虑适当放大。
5.临界淹没深度(critical submergence)
[定义] 不致发生有害表面涡时的管口淹深(hs)。
影响因素:a. 行近流速与流态; b. 进水池边界尺寸、形状; c. 吸水管形状与吸水形式; d. 波浪。
国内外对淹深取值的研究很多,但出入很大,最小的为0.8D1。 最大的为2.8D1,主要原因为:
d)
e)
f )
3.喇叭口淹深 4.悬空高
过小的悬空高易产生附底涡,悬空高从0.3开始减小时, 吸水口下开始出现小涡点,当减至0.1时,附底涡发生严重, 并引起泵的汽蚀、振动。
5.水泵或进水管在进水池中的位置 6.后壁距 7.水泵运行工况的影响
立式泵如果在小流量工况下运行时,由于叶轮进口处产 生回漩的从生流,当这种回漩的从生流达到某一强度时, 就会引起附底涡,并可能伸入喇叭口内。
¦ Ξ 5.0
10.6 10.2 ξ 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 P /D 1 0.7
¦ Ξ P /D 1
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5
0.6
¦ Ξ P/D 1 ~
Q ~P / D 1
9.8 9.4 9.0 8.6 8.2 7.8
综合流态工程量因素, B=(2~3)D1
2.池长(L)(sump length) 秒换水系数法: hBL1=KQ 同时规定 L≥(4~5)D1。
△h
*注意:池长、池宽的确定要与上部结构的布臵协调考 虑,防止顾此失彼。
L1
D1
L
B
h
3.后壁距(T)(back wall clearance)
试验表明,在T很小的情况下,即使进水池水位很低, 也不会产生有害漩涡,仅有在两角产生小的回漩,说明T 越小越好,但是,当T过小时,由于流线的急剧弯曲,也 会导致进口的流速分布、压力分布不均匀,同时,管口紧 靠后壁,也会导致安装上的不便。
三、不良流态的危害
1.导致过水断面流速分布的不均匀,降低水泵的抽水性能 (η↓,Q↓)
2.空气的吸入会严重影响水泵的效率并诱发汽蚀的产生。 1%(体积比)的空气进入泵内,能引起离心泵效率下降 15%;进气量超过10%,水泵便不能工作。 3.叶轮切割涡带,使叶轮受力不平衡,导致振动。
4.池内漩涡方向的变化,导致Q、H的减小或电机超载。 漩涡方向与叶轮转向一致:Q、H↓,降底泵的利用率。 漩涡方向与叶轮转向相反:N↑,导致超载。 5.不良流态必然导致能量损失的增加。