一种新型立式潜水泵装置出水流道及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型立式潜水泵装置出水流道及其设计方法，属于水利工程泵站技术领域。其特征是：所述泵装置出水流道顺水流方向依次由竖直井筒、过渡段和水平直管组成，竖直井筒中间位置布置潜水电机、顶部设置活动盖板；所述过渡段进口断面位于竖直井筒中心线处，过渡段出口断面位于水平直管进口处，断面形状由椭圆形渐变为圆形；过渡段在立面方向上通过圆弧连接竖直井筒与水平直管，在平面方向上通过多次曲线连接竖直井筒与水平直管；所述多次曲线的起点与竖直井筒边壁相切，所述多次曲线的终点与水平直管边壁相切，提供过渡段平面方向多次曲线的设计方法。本发明专利技术可以保证所述出水流道内水流平顺无旋涡、流道水头损失小，泵装置运行稳定高效。

【技术实现步骤摘要】
一种新型立式潜水泵装置出水流道及其设计方法
本专利技术属于水利工程泵站
，具体涉及一种新型立式潜水泵装置出水流道及其设计方法，用于改善出水流道流态、减少流道水头损失，提高泵装置运行效率和稳定性。
技术介绍
立式潜水泵装置具有结构简单紧凑、便于日常维护和安装检修等优点，在我国平原地区的水资源调配、水环境改善、农业灌溉以及城市防洪等领域的低扬程泵站中得到了十分广泛的应用。立式潜水泵装置主要由进水流道、叶轮、导叶体和出水流道组成。出水流道由竖直圆形井筒和水平圆形直管垂直相贯而成。这种型式出水流道的结构简单，但出水流道内的水流流态紊乱，在竖直圆形井筒与水平圆形直管交界处存在因脱流而产生的漩涡，增大流道水头损失，不利于泵装置的稳定运行。
技术实现思路
本专利技术是针对现有立式潜水泵装置出水流道中存在的问题，在保留立式潜水泵装置结构简单紧凑、便于日常维护和安装检修等优点的基础上，提供一种新型立式潜水泵装置出水流道及其设计方法，用于改善出水流道流态、减少流道水头损失，提高泵装置运行效率和稳定性。本专利技术可以保证立式潜水泵装置出水流道中的水流在从竖直井筒段流向水平管道的过程中流动平顺无旋涡，同时也可降低水流在流道内的能量损耗，并提高泵装置在运行时的稳定性与效率。为实现本专利技术的第一个目的，一种新型立式潜水泵装置出水流道采用如下技术方案：(1)一种新型立式潜水泵装置出水流道依次由竖直井筒、过渡段和水平直管构成；(2)所述竖直井筒断面为圆形，竖直井筒中间位置布置潜水电机，潜水电机进口与导叶体轮毂出口连成一体；所述竖直井筒顶部设置活动盖板，潜水电机通过竖直井筒顶部的活动盖板吊出；(3)所述水平直管为一顺直管道，用于将过渡段进入的水流引入泵站出水池；水平直管断面形状为圆形，水平直管进口与过渡段出口相接；(4)所述过渡段是竖直井筒和水平直管之间的连接段；过渡段进口断面位于竖直井筒中心线处，过渡段出口断面位于水平直管进口处，所述过渡段的型体变化是从进口断面的椭圆形渐变为出口断面的圆形；过渡段在立面方向上通过圆弧连接竖直井筒与水平直管，以使水流在立面方向平顺地由竖直井筒进入水平直管，消除转向后的漩涡；过渡段在平面方向上通过平滑的多次曲线连接竖直井筒与水平直管，所述多次曲线的起点与竖直井筒边壁相切，所述多次曲线的终点与水平直管边壁相切，以使得水流在平面方向能够平顺地由竖直井筒进入水平直管。为实现本专利技术的第二个目的，一种新型立式潜水泵装置出水流道设计方法采用如下技术方案：(1)一种新型立式潜水泵装置出水流道依次由竖直井筒、过渡段和水平直管构成；(2)所述竖直井筒的断面直径为D1、高度为H1；所述竖直井筒中间位置布置直径为D3的潜水电机，潜水电机进口与导叶体轮毂出口连成一体；所述竖直井筒顶部设置活动盖板，潜水电机通过竖直井筒顶部的活动盖板吊出；(3)所述水平直管为一顺直管道，用于将过渡段进入的水流引入泵站出水池；水平直管断面形状为圆形，水平直管进口与过渡段出口相接；水平直管的断面直径为D2、长度为L2；(4)所述过渡段是竖直井筒和水平直管之间的连接段；所述过渡段在立面方向上通过半径为R的圆弧连接竖直井筒与水平直管，以使水流在立面方向平顺地由竖直井筒进入水平直管，消除转向后的漩涡；过渡段在平面方向上通过平滑的多次曲线连接竖直井筒与水平直管，所述多次曲线的起点与竖直井筒边壁相切，所述多次曲线的终点与水平直管边壁相切，以使得水流在平面方向能够平顺地由竖直井筒进入水平直管；所述过渡段进口断面位于竖直井筒中心线处，过渡段出口断面位于水平直管进口处，过渡段的长度L1＝0.50D1+R；所述过渡段的型体变化是从进口断面的椭圆形渐变为出口断面的圆形，过渡段进口断面椭圆的长轴长度a0＝D2+2R、短轴长度b0＝D1，过渡段出口断面位于距离竖直井筒中心线0.50D1+R处，过渡段出口断面直径为D2；(5)所述过渡段的平面方向上边线的多次曲线按以下步骤进行设计：①在过渡段平面方向上建立以过渡段进口断面中心O为原点的XOB坐标系，将所述多次曲线B1＝B1(x)设定为4次曲线方程，方程有5个待定系数：B1＝A1+A2x+A3x2+A4x3+A5x4(1)式中，A1、A2、A3、A4和A5为待定系数；②在过渡段平面方向，所述4次曲线B1＝B1(x)起点和终点满足的边界条件为：起点通过过渡段进口断面的点；起点的切线斜率等于0；终点通过点；终点的切线斜率等于0；③对B1＝B1(x)引入1个调整点，根据所述4次曲线形线变化趋势选择调整点坐标，以保证所述4次曲线变化平缓；④将起点、终点的边界条件和调整点坐标带入4次曲线方程B1＝B1(x)，对4次曲线方程的待定系数建立五元一次方程组，解方程组得到B1＝B1(x)的待定系数A1、A2、A3、A4和A5；⑤根据求得的4次曲线方程B1＝B1(x)，在过渡段平面方向取点计算坐标，使用样条曲线依次连接各坐标点并绘出过渡段平面方向上边线的变化曲线；(6)所述过渡段的平面方向下边线的多次曲线根据上边线方程B1＝B1(x)所绘制出的4次曲线在XOB坐标系中对X轴做镜像取得，平面方向下边线方程B2＝B2(x)为：B2＝-(A1+A2x+A3x2+A4x3+A5x4)(2)(7)根据过渡段立面方向和平面方向曲线绘制所述过渡段断面位置线：在过渡段立面方向上以水平直管中心线和竖直井筒中心线交点为原点建立XOY坐标系，在X坐标轴方向，以为界将X坐标之间等分为m个断面，将X坐标之间等分为n个断面，其中，m为X坐标在之间的等分数，n为X坐标在之间的等分数；根据各断面位置的X坐标，计算过渡段各断面数据并列表，表中包括：立面方向上边线坐标(x1k，y1k)、立面方向下边线坐标(x2k，y2k)、断面长轴长度ak＝y1k-y2k、断面短轴长度bk＝B1(x1k)×2，其中，k＝0，1，……，m+n，过渡段断面数据如表1所示；表1过渡段断面数据表(单位：mm)(8)将计算得到的过渡段与竖直井筒和水平直管组成出水流道，采用三维流动数值模拟方法对包括潜水电机在内的出水流道水流流动进行数值计算，计算出水流道流场和流道水头损失；根据计算得到的流场图分析出水流道内的水流流态，若出水流道内的水流由竖直井筒转向水平直管后仍存在旋涡，则返回第(4)步调整过渡段立面方向上圆弧的半径R和第(5)步改变调整点坐标；若出水流道内的水流由竖直井筒转向水平直管后无旋涡，则进入下一步；(9)绘制完整的立式潜水泵装置出水流道单线图，供立式潜水泵站出水流道设计使用。与现有立式潜水泵装置出水流道相比，本专利技术出水流道具有以下有益效果：第一，本专利技术可以改善立式潜水泵装置出水流道内的水流流态、减小出水流道的水头损失，进而提高泵装置的工作效率。第二，本专利技术可以消除立式潜水泵装置出水流道内水流旋转产生的漩涡，提高立式泵装置运行稳定性。第三，本专利技术可以有效地提高出水流道的结构稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型立式潜水泵装置出水流道，其特征是，所述新型立式潜水泵装置出水流道依次由竖直井筒、过渡段和水平直管构成；/n所述竖直井筒断面为圆形，竖直井筒中间位置布置潜水电机，潜水电机进口与导叶体轮毂出口连成一体；所述竖直井筒顶部设置活动盖板，潜水电机通过竖直井筒顶部的活动盖板吊出；/n所述水平直管为一顺直管道，用于将过渡段进入的水流引入泵站出水池；水平直管断面形状为圆形，水平直管进口与过渡段出口相接；/n所述过渡段是竖直井筒和水平直管之间的连接段；过渡段进口断面位于竖直井筒中心线处，过渡段出口断面位于水平直管进口处，所述过渡段的型体变化是从进口断面的椭圆形渐变为出口断面的圆形；过渡段在立面方向上通过圆弧连接竖直井筒与水平直管，以使水流在立面方向平顺地由竖直井筒进入水平直管，消除转向后的漩涡；过渡段在平面方向上通过平滑的多次曲线连接竖直井筒与水平直管，所述多次曲线的起点与竖直井筒边壁相切，所述多次曲线的终点与水平直管边壁相切，以使得水流在平面方向能够平顺地由竖直井筒进入水平直管。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型立式潜水泵装置出水流道，其特征是，所述新型立式潜水泵装置出水流道依次由竖直井筒、过渡段和水平直管构成；
所述竖直井筒断面为圆形，竖直井筒中间位置布置潜水电机，潜水电机进口与导叶体轮毂出口连成一体；所述竖直井筒顶部设置活动盖板，潜水电机通过竖直井筒顶部的活动盖板吊出；
所述水平直管为一顺直管道，用于将过渡段进入的水流引入泵站出水池；水平直管断面形状为圆形，水平直管进口与过渡段出口相接；
所述过渡段是竖直井筒和水平直管之间的连接段；过渡段进口断面位于竖直井筒中心线处，过渡段出口断面位于水平直管进口处，所述过渡段的型体变化是从进口断面的椭圆形渐变为出口断面的圆形；过渡段在立面方向上通过圆弧连接竖直井筒与水平直管，以使水流在立面方向平顺地由竖直井筒进入水平直管，消除转向后的漩涡；过渡段在平面方向上通过平滑的多次曲线连接竖直井筒与水平直管，所述多次曲线的起点与竖直井筒边壁相切，所述多次曲线的终点与水平直管边壁相切，以使得水流在平面方向能够平顺地由竖直井筒进入水平直管。


2.一种新型立式潜水泵装置出水流道设计方法，其特征是，按下列步骤进行：
(1)一种新型立式潜水泵装置出水流道依次由竖直井筒、过渡段和水平直管构成；
(2)所述竖直井筒的断面直径为D1、高度为H1；所述竖直井筒中间位置布置直径为D3的潜水电机，潜水电机进口与导叶体轮毂出口连成一体；所述竖直井筒顶部设置活动盖板，潜水电机通过竖直井筒顶部的活动盖板吊出；
(3)所述水平直管为一顺直管道，用于将过渡段进入的水流引入泵站出水池；水平直管断面形状为圆形，水平直管进口与过渡段出口相接；水平直管的断面直径为D2、长度为L2；
(4)所述过渡段是竖直井筒和水平直管之间的连接段；所述过渡段在立面方向上通过半径为R的圆弧连接竖直井筒与水平直管，以使水流在立面方向平顺地由竖直井筒进入水平直管，消除转向后的漩涡；过渡段在平面方向上通过平滑的多次曲线连接竖直井筒与水平直管，所述多次曲线的起点与竖直井筒边壁相切，所述多次曲线的终点与水平直管边壁相切，以使得水流在平面方向能够平顺地由竖直井筒进入水平直管；所述过渡段进口断面位于竖直井筒中心线处，过渡段出口断面位于水平直管进口处，过渡段的长度L1＝0.50D1+R；所述过渡段的型体变化是从进口断面的椭圆形渐变为出口断面的圆形，过渡段进口断面椭圆的长轴长度a0＝D2+2R、短轴长度b0＝D1，过渡段出口断面位于距离竖直井筒中心线0.50D1+R处，过渡段出口断面直径为D2；
(5)所述过渡段的平面方向上边线的多次曲线按以下步骤进行设计：
①在过...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐磊，黄国豪，吉冬涛，施伟，夏斌，李非凡，张虎城，陆伟刚，陆林广，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32