第10章--进水建筑物(4进水流道)

第五节进水流道一、进水流道简介1、进水流道分类按进水方向分：单向进水流道双向进水流道叶轮中心线叶轮中心线叶轮中心线a)b)c)按流道形状分：肘形钟形簸箕形箱涵式斜式123456外河内河闸门1闸门2闸门3闸门4流道的型式、尺寸影响：（1）水泵的安全、高效运行（要求水泵叶轮进口断面的流速分布和压力分布均匀）（2）建站投资2、进水流道内的基本流态（单面进水、四面进水）3、进水流道设计的原则(1)叶轮进口断面的流速分布、压力分布均匀；(2)在任何情况下，流道内不产生涡带；(3)水力损失小；(4)尽可能减小流道宽度和开挖深度，以减小工程投资；(5)线型简单，便于施工。4、进水流态对水泵工作状态的影响图10-24β0β20110w2v1v02v（a）（b）图10-25102uv1v0v2w2w0w1wwββuβββ二、肘形进水流道R=500D=300EED=330R=500650850a)在转弯处产生漩涡弯管外侧弯管内侧因脱流产生漩涡1.351.31.21.11.00.90.80.7v/v0.80.90.71.00.6v/v1.00.90.71.00.9内侧外侧外侧内侧内侧外侧b)c)d)250263276288301315330235237255282318D=230AD=330ES=450ES=460A图3－37弯管形状及其出口流速分布（无叶轮）a)等直径直角弯管b)等直径圆角弯管c)曲率半径相同的断面渐缩弯管d)不同曲率半径断面渐缩的弯管R=550R=540R=510v/vv/v1．肘形进水流道分段（1）直线渐缩段：顶部上翘、底部水平或上翘、进口矩形。（2）弯曲渐缩段：水流转向、该段是流道设计的关键之一。（3）直锥段：同心圆台，该段的收缩角应与叶轮室相配合。αβL0rrk10RDDDhhH弯曲渐缩叶轮中心线直锥段段直线渐缩段2．基本尺寸拟定（1）流道高度（H/D）试验表明，H/D↑，水流转弯的剧烈程度降低，利于叶轮进口断面的流态改善，均匀度和平均角度将提高，但是，H/D↑，挖深增加，工程量↑，H/D=1.5~2.0。（2）流道宽度（B/D）B/D↑，进口流速v↓，损失↓，利于流态改善，但工程量↑。B/D=2.0~2.5，进口流速控制在1m/s以内。（3）流道长度（L/D）L/D↑，整流段加长，但工程量↑。L/D=3.5~4.5。*注意：L的确定要注意结合上部结构的布置。（4）弯曲收缩段（R，r）一般R/D=0.8~1.0r/D=0.2~0.5（5）上翘角（α，β）α=12°~30°β=5°~12°（工程上亦有采用β=20°的情况）有了上述基本尺寸，即可进行流道剖面图的绘制。3．剖面轮廓图的绘制（1）绘叶轮中心0―0和水泵座环法兰面位置m―n，并截取D。（座环内径），并以此为流道出口断面。过m、n点作座环收缩角，如图m―m和n―n。（2）由H、β→作流道底边线l―l。（3）由L→进口断面位置。求进口高度hA，控制进口流速vA=0.5~1.0m/s由hA=Q/B·VA→A点（4）过A作流道的上边线R－R（与水平线呈α角）（5）作三段弧线，分别以R、r、r0为半径。如hk=（0.8~1.0）D时，可认为拟定的各尺寸满足要求；若hk太大或太小，可重新调整α、L，直到满足要求。4．平面轮廓图的绘制（流速曲线递增法、流速直线递增法）流速曲线递增法（1）初拟平面轮廓；（2）在剖面图选取断面高度hi，在平面图中选取断面宽度Bi，计算出断面积Fi；（3）由Q→vi；（4）作曲线如上述两曲线光滑，说明水流在流道内的速度是递增的，没有突变，符合水力损失较小的原则，也说明了初拟的平面图与剖面图是符合实际要求的，否则，需对剖面图和平面图进行修正，直至曲线光滑。附图10-28v(m/s)V-LF-LLF(m)2流速直线递增法（1）假定流道内流速按直线规律递增，即:∆V/∆L=C（2）由上述关系可得任意断面的流速vi（3）由vi，Q可求得该断面的面积Ai=Q/vi（4）由剖面图中可知各断面的高度hi，故断面宽度Bi=Ai/hi，从而绘出平面轮廓图。（按流速直线递增法绘出的平面图收缩比较均匀）流速曲线递增法绘制平面轮廓图步骤（1）初拟平面轮廓根据所选的宽度B定出流道进口宽度。在弯曲段开始收缩，收缩一般不超过25°。（2）在剖面图中绘出流道中心线（通过作内接圆，连圆心即可）。（3）在中心线上定出有代表性的点a、b、c……，过这些点作过水断面，并将这些点投影到平面图上。（4）拟定各断面的过渡圆半径。（5）绘制平面展开图。（6）作F~L与V~L曲线进行校验。*在流道弯曲段应多取几个断面三、钟形进水流道组成：进口段、吸水室、喇叭口、导水锥等特点：流道高度较小：一般为（1.1~1.4）D（肘形（1.5~2.0）D）流道宽度稍大：一般为（2.5~2.8）D（肘形（2.0~2.5）D）吸水室进口段LDB图3-43平面蜗壳流道图hkhβαB／2导水锥喇叭管叶轮中心线D0Hh2h1h0D1D0D1四、双向进水流道1．型式：肘形对接、钟形对接、箱涵式。2．优点：能满足自引、自排、抽引、抽排要求枢纽布置紧凑；节省投资。3．缺点：效率较低，流道内易产生涡带。4．流态改善方法①设隔板：②设导水锥③设泵出口导流盖④防涡消涡栅⑤其他123456外河内河闸门1闸门2闸门3闸门4五、进水流道三维优化水力设计方法:1、建立目标函数:流速分布均匀度速度加权平均角度2、给定一系列不同的进水流道边界3、采用数值模拟方法优化进水流道各几何参数。Vuuumuaaia11100%2()uarctguuuaitiaiai900()