进水建筑物

教案2

一、讲授内容与课时分配

第三节进水池（1课时）

一、进水池的作用与设计要求

二、进水池的边壁形式及主要几何参数

三、进水池流态分析

四、进水池尺寸的确定

第四节进水流道（1课时）

一、常用进水流道简介

二、进水流道的基本流态及分类

三、进水流态对水泵工作状态的影响

四、进水流道的设计要求

五、肘形进水流道的水力设计

六、进水流道主要尺寸推荐值

二、教学重点与难点：重点介绍进水流态对水泵工作状况的影响，前池、进水池（进水流道）的水力设计与进水流态的关系。难点为前池、进水池及进水流道内的基本流态及对进水建筑物水力设计的影响。

三、教学基本要求：了解泵站进水建筑物的组成和分析进水流态对水泵工作状况的影响，熟悉进水建筑物的作用、类型，掌握泵站进水设计要求及改善水泵进水条件的措施。

四、教学要点

第三节进水池（1课时）

一、进水池的作用与设计要求

进水池（也称开敞式进水池）是供水泵吸水管直接吸水的水工建筑物，具有自由水面，通常用于中小型泵站。

1、进水池的主要作用：

（1）进一步调整从前池进入的水流，为水泵进口提供良好的进水条件；

（2）在进水池进口设置拦污门槽，以便设置拦污栅，在水泵运行时拦污；

（3）在进水池进口设置检修门槽，在水泵需要检修时，放下检修门，可抽空进水池内的水进行检修。

2、进水池的水力设计要求

（1）合理选择进水池的结构形式；

（2）合理确定进水池的各几何参数，以保证所需的进水流态；

（3）便于清淤和管理维护；

（4）尽可能减少土建投资。

获得良好的进水流态与减少土建投资是对矛盾，需合理地兼顾两方面的要求。

二、进水池的边壁形式及主要几何参数

1、进水池有多种后壁形状，应用较多的有：矩形、多边形、半圆形及涡壳形等，如图

10-12所示。

2、矩形进水池的主要几何参数包括：进水池宽度B、喇叭管悬空高度Z、后壁距X、池长L及淹没深度Hs。

三、进水池流态分析

水流从四面汇集进入喇叭管，是进水池流动的基本特征。进水池各几何尺寸的确定必然依据这一流动特征。

在进水池设计不当或水泵吸水管淹没深度不够的情况下，进水池可能产生旋涡。从旋涡发生的位置加以区分，可将旋涡分为附底涡、附壁涡和水面涡三种类型。

四、进水池尺寸的确定

进水池几何尺寸的确定目前大都依赖于试验结果，由于试验条件的差异，所得试验数据常常并不一致。随着计算流体动力学的迅速发展，已开始采用数值计算的方法研究解决进水池的水力设计问题。

我国国家标准《泵站设计规范》推荐：

池宽B＝3D ；

池长L≥4D;

悬空高度C=0.6～0.8D；

后壁距L1=0.8～1.0D

淹没深度

淹没深度是影响水面涡形成的主要因素。

临界淹没深度还与喇叭管的安装方式有关。

《泵站设计规范》推荐:

1）喇叭管垂直布置时，Hs＞（1.0～1.25）D；

2）喇叭管倾斜布置时，Hs＞（1.5～1.8）D；

3）喇叭管水平布置时，Hs＞（1.8～2.0）D。

思考题：悬空高度过大或过小如何影响对进水池流态和土建费用？

五、水泵进水池模型试验（补充内容）

1、模型试验的目的

2、模型试验相似准则

3、模型试验模拟范围

4、模型比尺的选择

5、模型试验验收标准与重点

六、进水设计对水泵进水条件影响研究（补充内容）

七、改善水泵进水条件的措施（补充内容）

1、不同的后壁形式

2、各种防涡措施 (Anti-vortex devices )

第四节进水流道（1课时）

一、常用进水流道简介

1、开敞式进水池一般适用于中小型泵站，大中型泵站为减少土建工程量，通常将进水池和吸水管合二为一，采用专门设计的进水流道。

2、进水流道的作用是为了使水流从前池进入水泵叶轮室的过程中更好地转向和加速，尽量满足水泵叶轮室进口所要求的水力设计条件。

3、常用的进水流道型式有：肘形进水流道、斜式进水流道、钟形进水流道、簸箕形进水流道等单向进水流道，此外还有双向进水流道。

二、进水流道的基本流态及分类

1．基本流态

（1）肘形进水流道主断面内的基本流态。在流道的直线段内，流态平顺，流速逐

渐增大；进入弯曲段后，水流迅速改变方向并加速，靠近内壁处的水流流向的改变尤其剧烈，流速明显大于外壁处的流速。由于强烈的侧收缩，在流道弯道处未出现脱流。在圆锥段内，由于惯性力的强烈作用，较大的水流速度开始出现在流道外侧壁附近，经过圆锥段的短距离调整，在接近流道出口处，水流趋向于均匀分布。斜式进水流道由于转弯角度小、水流所受离心力小，流态非常均匀平顺。

（2）钟形流道的高度压得很低，同时有较大的宽度和后壁空间，从而迫使水流从四周进入喇叭管。

（3）簸箕形流道流道的底部向上翘起，但由于悬空高度较低，且有较大的宽度和后壁距，水流也是从四周进入喇叭管。 2．基本流态的分类

根据进水流道的基本水动力学特性，可将进水流道分为单面进水和四面进水两大

类型。

三、进水流态对水泵工作状态的影响

水泵叶轮室进口的流态严重地影响到水泵进口速度平行四边形，从而影响到水泵的工作状态，影响到水泵的能量性能和空蚀性能。

四、进水流道的设计要求

1、为水泵进口提供良好的流态是进水流道的首要任务，《规范》对进水流道的设计提出如下要求：

1）流道型线平顺，各断面面积沿程变化应均匀合理； 2）出口断面处的流速和压力应比较均匀； 3）进口断面处流速宜取（0.8～1.0）m/s ； 4）在各种工况下，流道内不应产生涡带； 5）进口宜设检修门槽；

6）施工方便。

思考题：如何才能尽可能减少土建投资及适当兼顾施工方便等其他方面的要求。 2、进水流道水力优化设计的两个目标函数 1）流速分布均匀度

V u u

u m u a ai

a =-

-⎡⎣

⎢⎢⎤

⎦

⎥⎥⨯∑11100%2()

2） 速度加权平均角度

θ=

-⎡⎣⎢⎤⎦⎥∑∑u

arctg u u u ai

ti ai ai

900

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