第10章--进水建筑物(3进水池

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．基本流态二、进水池中的不良流态1．偏流、大回漩2．漩涡a)b)c)f)e)d)图3-19进水池内水流状态15243.4.54251（1）表面涡Ⅰ．表面凹陷涡dimplevortexⅡ．间隙吸气涡intermittentairentrainingvortexⅢ．连续吸气涡（串通涡）continuousairentrainingvortexⅣ．同轴涡coaxialvortexｓh(a)(b)(c)(d)图3-25不同旋涡形态图（2）水中涡submergedvortex附底涡floorvortex侧壁涡sidewallvortex后壁涡backwallvortex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。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。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)f)e)d)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。五、进水池尺寸的确定1．池宽（sumpwidth）a．平面形状的确定a)b)c)f)e)d)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=πD1(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，并降低装置效率，试验表明，B=(2~2.5)有较高的装置效率。综合流态工程量因素，B=(2~3)D12．池长（L）（sumplength）秒换水系数法：hBL1=KQ同时规定L≥(4~5)D1。*注意：池长、池宽的确定要与上部结构的布置协调考虑，防止顾此失彼。a)b)c)f)e)d)D1BL1Lh图3-19进水池内水流状态15243.4.54251△h3．后壁距（T）（backwallclearance）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。一般取T≤0.5D14．悬空高（P）bottomclearance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:a)b)c)f)e)d)D1BL1Lh图3-19进水池内水流状态15243.4.54251水流D1A(1～1.25)D1(1～1.25)D1等宽段宽度B=(2~2.5)D1T0.5D1A等宽段长度离水泵中线不少于５D１hｓ图3-22管口悬空高PD1双曲线v1v'P△h'41121PvDvD41DP162.0DPa)国内试验曲线、b)国外试验曲线a)b)c)f)e)d)D1BL1Lh图3-19进水池内水流状态15243.4.54251水流D1A(1～1.25)D1(1～1.25)D1等宽段宽度B=(2~2.5)D1T0.5D1A等宽段长度离水泵中线不少于５D１hｓ图3-22管口悬空高PD1双曲线v1v'Pa)b)0.40.81.21.62.0P/D100.51.01.52.0ξ¦ΞP/D10.7¦Ξ0.51.01.52.02.53.001.0图3-23¦Ξ-P/D1关系曲线a)国内试验曲线b)国外试验曲线P/D110.610.29.89.49.08.27.87.48.62.51.52.03.03.54.04.55.0¦Ξ～P/D1Q～P/D10.60.75△ha)b)c)f)e)d)D1BL1Lh图3-19进水池内水流状态15243.4.54251水流D1A(1～1.25)D1(1～1.25)D1等宽段宽度B=(2~2.5)D1T0.5D1A等宽段长度离水泵中线不少于５D１hｓ图3-22管口悬空高PD1双曲线v1v'Pa)b)0.40.81.21.62.0P/D100.51.01.52.0ξ¦ΞP/D10.7¦Ξ0.51.01.52.02.53.001.0图3-23¦Ξ-P/D1关系曲线a)国内试验曲线b)国外试验曲线P/D110.610.29.89.49.08.27.87.48.62.51.52.03.03.54.04.55.0¦Ξ～P/D1Q～P/D10.60.75D1hｓPD1图3-24PD1时流速分布示意图△hh悬（a）（b）h悬（c）h悬图10-19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。泵站设计规范（GB/T50265-97）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（criticalsubmergence）[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：（1）试验条件不同；（2）进水池流速模拟的准则不同：Froude准则：λv=λ0.5Euler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。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。图3-29防涡措施之一(e)(d)(c)(b)(a)hｓ图3-22管口悬空高PD1双曲线v1v'Pa)b)0.40.81.21.62.0P/D100.51.01.52.0ξ¦ΞP/D10.7¦Ξ0.51.01.52.02.53.001.0图3-23¦Ξ-P/D1关系曲线a)国内试验曲线b)国外试验曲线P/D110.610.29.89.49.08.27.87.48.62.51.52.03.03.54.04.55.0¦Ξ～P/D1Q～P/D10.60.75D1hｓPD1图3-24PD1时流速分布示意图ｓh(a)(b)(c)(d)图3-25不同旋涡形态图(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。图3-29防涡措施之一(e)(d)(c)(b)(a)0.5D1图3-30防涡措施之二(i)(h)(g)(f)(e)(d)(c)(b)(a)D1D11.8D145°0.9D10.8D11.8D11.8D10.8D11ｓh(a)(b)(c)(d)图3-25不同旋涡形态图(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(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