泵房流道中改善前池水流流態(tài)措施

王 暉，侯振倫，王挺力

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

1 引言

循環(huán)水泵房進(jìn)水流道設(shè)計(jì)模式是以安全可靠運(yùn)行為前提，但是在具體的設(shè)計(jì)過程中，往往受到場地、資金、取水條件等因素的限制，使得循環(huán)水泵房進(jìn)水流道不能按照相關(guān)的規(guī)定設(shè)計(jì)，影響了泵房流道內(nèi)的水流流態(tài)，不利于水泵高效、安全的運(yùn)行，循環(huán)水泵房進(jìn)水流道在運(yùn)行時(shí)，為了保證流態(tài)平穩(wěn)、均勻、無漩渦的產(chǎn)生，往往需要通過在循泵房前池內(nèi)采取一些整流效能的措施，來改善水流流態(tài)。

2 消能措施

循環(huán)水泵房進(jìn)水流道前池常見的整流效能措施有：改變前池入流擴(kuò)散角；設(shè)置低坎、橫梁和分流立柱；利用導(dǎo)流板、導(dǎo)流墻、導(dǎo)流柵；采用壓水板。[1]

2.1 改變前池入流擴(kuò)散角

前池?cái)U(kuò)散角指的是水流擴(kuò)散后的流速方向與原流速方向的夾角。水流的擴(kuò)散角與水流進(jìn)口斷面的流速有很大的關(guān)系，流速越大水流的固有擴(kuò)散角越小，當(dāng)前池實(shí)際擴(kuò)散角大于水流擴(kuò)散角時(shí)，前池水流則會脫離邊壁，出現(xiàn)回流和旋渦。[2]

圖1 泵房流道回流現(xiàn)象示意圖

改變前池入流擴(kuò)散角通常是改變前池的長度，延長前池的長度，相當(dāng)于減小了前池的擴(kuò)散角，使水流有充足的長度進(jìn)行擴(kuò)散、袒化，為進(jìn)水流道提供穩(wěn)定的水流，保證泵站的正常運(yùn)行。延長泵站前池的長度可以有效的緩解泵站前池水流不穩(wěn)定的現(xiàn)象，但是泵站取水過程中，取水量大，水流流速快，水流的固有擴(kuò)散角就小，如果要保證前池為吸水室提供良好的水流流態(tài)，就需要進(jìn)水前池足夠長，使水流分布均勻，然而前池長度的延長，必將會占用更多的空間、更多的施工費(fèi)用，因此，這種整流措施往往是不被施工單位采用的。

2.2 設(shè)置低坎、橫梁和分流立柱

底坎、橫梁也是前池內(nèi)調(diào)整流態(tài)的一種常見措施，增設(shè)低坎、橫梁的位置一般在水流流速方向上，靠近入口的地方，其原理是通過底坎的挑流作用，造成坎后水流立面翻滾和平面水量交換，使坎后水流充分?jǐn)U散紊動，從而消除回流等不良現(xiàn)象。

分流立柱在于破壞邊壁較強(qiáng)的脫流區(qū)并消除平面回流區(qū)，不僅可以有效的整流效能，還具有導(dǎo)流作用，在實(shí)際工程中，通常采用低坎、橫梁和分流立柱聯(lián)合使用，效果更佳。

圖2 分流立柱示意圖（陰影部分為立柱）

2.3 導(dǎo)流板、導(dǎo)流墻、導(dǎo)流柵

導(dǎo)流墻、導(dǎo)流板、導(dǎo)流柵通常是建立在入水口附近的用于引導(dǎo)水流的墻或板。它的作用可以有效消除前池壁面的脫流現(xiàn)象，也可防止過流斷面二次流的出現(xiàn)，抑制轉(zhuǎn)向水流的螺旋運(yùn)動；導(dǎo)流體的設(shè)置，可以有效的分流導(dǎo)水，使水流平穩(wěn)，特別是當(dāng)取水時(shí)，泵站不對稱開啟，有效地避免了水流的擺動、回流等不良水流現(xiàn)象；導(dǎo)流板、導(dǎo)流墻在消除邊壁脫流、回流等現(xiàn)象的同時(shí)，還能有效防止由于水流回流所造成的前程淤積問題。

圖3 導(dǎo)流墩示意圖

在實(shí)際工程中，由于導(dǎo)流板、導(dǎo)流墻是建立在泵站前池的，會有一定的施工難度和不便，而且在具體的施工過程中，設(shè)置導(dǎo)流體往往要很密或者較長的導(dǎo)流長度才能有較為明顯的整流效果，同時(shí)也增加了額外的水力損失。

2.4 壓水板

壓水板也是常見的前池效能措施，它的原理是，在水面通過增加壓水設(shè)施來強(qiáng)迫水流在縱向的運(yùn)動，在這樣的水流運(yùn)動過程中，水流翻滾，跳動，底流與面流相互交換，從而達(dá)到水流的效能。[4]

3 結(jié)束語

前池是泵站的重要組成部分，吸水室內(nèi)水流流態(tài)的好壞直接影響著泵能否正常、高效率的工作，而前池為吸水室提供著水流，前池水流流態(tài)成為了整個(gè)泵站的核心。在實(shí)際的工程中，由于場地、資金等限制，前池往往不能有足夠的長度，這就會造成前池流態(tài)不佳。前池整流效能措施在資源不充足的情況下，緩解了泵站前池水流流態(tài)不佳的問題，對提高水泵的運(yùn)行效率，水泵的使用壽命，改善前池的沉砂淤積，降低施工成本具有非常重要的價(jià)值。

[1]熊保鋒.泵站進(jìn)水流道水力模擬與研究.南京水利科學(xué)研究院，2009.

[2]成立.泵站水流運(yùn)動特性及水力性能數(shù)值模擬研究.河海大學(xué)，2006.

[3]路曉如，佟宏偉，馮建剛.城市取水泵站進(jìn)水池進(jìn)水流態(tài)的改善.排灌機(jī)械，2007.

[4]徐燦華.壓水板/導(dǎo)流墩組合導(dǎo)流裝置的開發(fā)及其在SB泵站前池中的應(yīng)用研究.中國市政工程，2001.