小底孔进流泵站进水前池水流流态及整流措施试验研究

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1、http://www.paper.edu.cn小底孔进流泵站进水前池水流流态及整流措施试验研究112贺振华，吴天奇，赵浴材1河海大学水电院，南京（210098）2豫西黄河河务局，河南洛阳（471000）E-mail：hezhenhua1998@sina.com摘要：本文主要介绍深圳龙口二期引水泵站进水流态的水力模型试验研究成果，文中分析了不利流态的成因，用实测资料阐述了最优整流措施下前池进水流态的变化。提出合理的小底孔进流泵站前池整流方案，消除前池不良流态，使小底孔进流泵站前池水流流态良好，水流平顺，水泵进流条件良好。关键词：

2、小底孔进流；泵站前池；整流立柱；底坎中图分类号：TV1311.概述3龙口二期引水泵站引水规模为700000m/d，扬程57m。选用水泵3台（两用一备），33单泵流量4.051m/s，总流量8.102m/s。水泵通过垂直布置的喇叭口从前池取水。进水前池尺寸为25m×26.92m（流向×横向），底板标高19.30m.前池内各泵间设12.5m长导流分隔墩，分隔墩厚度2.21m；前池内设2.5m高整流底坎一道；0.8m×0.8m整流立柱一根。上游来水通过引水隧洞进入前池底部，引水隧洞横断面尺寸为2.5m×2.7m。为确保泵站运行高效、

3、安全，2007年7月通过物理模型试验对各种运行条件下进水前池的流态、流速分布进行研究，并提出必要的优化调整方案，本文介绍该小底孔进流泵站进流流态的水力模型试验研究成果。2.模型设计及量测仪器2.1模型设计模型采用几何正态模型。进水前池水流主要受重力影响，故模型按照重力相似准则设计，保证模型与原型Fr数相等。采用几何比尺λL=10，模型包括有效工作段以及进水系统、出水系统。模型有效工作段模拟范围包括整个泵站进水前池以及附属设施（进水喇叭口、隔墩、底坎、立柱等），引水隧洞模拟至底孔进口上游一定长度，保证有足够的延长调整段。采用3台

4、小型泵分别编号逐一模拟各泵流量。模型布置见图1。2.2测量仪器流量采用三角堰量测，模型单泵流量逐一进行率定。模型水位采用测针量测，精度为±0.1mm。流速采用自动控制流速采集系统进行量测。模型不同水平位置处，沿垂线布置多个测点，以获得流速沿垂线的分布。对于流速小于仪器启动流速的位置，可以采用施放示踪粒子，采集粒子运动图像并通过计算机对比分析获得流速数值。-1-http://www.paper.edu.cn图1模型布置图3.原方案水流流态3.1机组对称运行时的流态对称运行时，引水隧洞来流虽然在扩散段作用下有一定程度横向分散，但主

5、流仍较为集中，垂向扩散不明显，流向基本顺直，由于底坎高度与引水隧洞高度接近，部分来流在整流柱和底坎的共同作用下向两侧分流，在底坎和进口之间的区域内形成左右两个基本对称的立轴回流区，该回流区高度从池底直到水面，底坎高度范围内回流区强度较大，中上层回流区强度相对较小。整流柱的存在促进了水流的横向扩散。另有部分来流在受到底坎阻挡后向上抬升越过底坎流向各泵。由于越坎水流具有一定的垂向流速（向上），且主流扩散不充分，仍相对集中于中部，在各泵前形成的流态各不相同。进流主流正对2号泵，由于2号泵不运行，无出流流量，水流受到胸墙的阻挡在2号泵

6、前隔墩间形成横轴回流，上层水流流向2号泵，下层水流反向流出。底坎两侧的越坎水流逐渐扩散，绕过隔墩流向1、3号泵，该部分水流流向偏向两侧边墙。由于同时具有越坎产生的垂向流速（向上），因此1、3号泵前两隔墩间的水流具有明显的螺旋流特性，旋转流向喇叭口，同时使得该区域上层产生一定程度的回流。如图2所示上层中层底层图2原方案对称运行时流态3.2不对称运行时的流态不对称运行下引水隧洞口至底坎间的流态与对称运行时基本相同。越坎后的水流具有一定的垂向流速（向上），且主流扩散不充分，仍相对集中于中部，两侧扩散不对称。因此造成主流正对2号泵，水

7、流在2号泵前两隔墩间形成横轴回流，上层主流流向2号泵，下层水-2-http://www.paper.edu.cn流反向流出。两侧水流逐步向两侧扩散。由于同时具有越坎产生的垂向流速（向上），因此在过水泵（1号泵）前两分流墩间的水流具有明显的螺旋流特性，旋转流向吸水口，同时使得该区域上层产生一定程度的回流。底坎右侧的越坎水流逐渐向右扩散，在无出流泵（3号泵）前区域产生一定程度的回流；由于过水断面面积及淹没深度较为充裕，水流在泵前流速相对较小。如图3所示上层中层底层图3原方案不对称运行时流态4.整流措施研究4.1前池不良流态成因分析

8、（1）隧洞来流通过整流柱和底坎后横向和垂向扩散并不充分，主流较集中于前池的中上部，主流进入运行泵的进水池后，在胸墙和吸水喇叭口的作用下形成底部回流和螺旋流。（2）水流过底坎后主流在前池的中上部，主流与两侧回流间存在速度不连续的间断面，间断面一般受到不可避免地干扰失去稳定；而在