《离心泵吸水管管口适宜淹没深度的试验及其成果分析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离心泵吸水管管口适宜淹没深度的试验及其成果分析.pdf（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、离心泵吸 水 管 管 口适 宜淹 没深 度 的试验及 其成 果分析 王涛 高 继 贤 范玉芳 (河 北 农 业 大 学 ) 一 、问题 的提 出 离 心泵吸水管管 E i 的淹没深度，直接 影响 到水泵的运行 状况和泵站 建筑物 的工程 造价 试 验 表 睨， 当 吸 水 管 管 口 淹 没 深 度 较 小时， 吸水池中，流 速增 大，水流紊乱 ，在池 中吸水 管后部管 口两侧， 首先 出现凹陷的局部 疑涡 由于褴 涡处的 压力减 小，在外界大气匿 的作 用下， 凹陷逐 渐 向下延 伸， 形成漏斗状 据斗尾部受避 水管吸 引， 向进水管 日弯曲， 并从 锅 斗底 部断断续续地 向吸 水管进气，
2、水泵扬程 时高时低 。 出现流量减少 ，水泵效 率 明 显 下 降如淹没 深度再减小，吸隶池 出 褒 频 繁 涌 浪，水泵 一时 进水，一时进气，发 生很 大的响 声 ， 水泵发生周期性的振 动若 淹投深度 达到 一 定时， 吸水情况不受影响，吸 水 池 水 流 平 稳所 以临界淹没深度，是影响水泵 效率 的重 要 因素之一 泵站吸水池的水位 受 水 源 的 制 约， 吸水管管 E i 淹 没深度是确定吸水池 池底高 程 的主要 因素之 一 增大淹 深 ， 势必降低吸水 池 池底 高程，使 泵站建筑物工程 造 价 提 高所 以，确定适宜 的吸水管管 口淹没深度，不 但是 重要的技术 问题， 也
3、是重要 的经 济问题 过去国 内， 外对 竖直 安装的吸水 管管 日涛 投深度的确定， 曾作过试验研 究，提 出了不同 的确定临界淹没深 度的计算方法和经验 公式 从 多年 的使 用和分析 对 比中， 我们 发现，一是 从各家 的试验 结果 所提供的 实验 公式 ，所 求得 的 淹没 深度 ，相差较大 例如：某 离心泵， 流 量Q=2 6 。 5 ( 1 s ) ， 吸水管 口直径D l 5 0 mm， T D , ：1 5 ，悬空 高 P 0 5 Dm ， 采用已有的 三 种方 法求 得相 应 的淹没深度h _ 勋 于下表 三 种方法求 得 的淹 深之 比是 1 ： 1 5 2 ： 2 2
4、9 二 握三家提供 的实验 结果， 有两家提 出淹最深度 与管 E i 边缘至后墙距离 T有关，T越大， 越 大 原 陕工 大所 给实验 曲线中，后 墙 距 T 从 0 5 D 2 0 D 日本近藤正道所给实 验曲线 中， 后墙 距T从0 3 D 1 5 D矗 I而美国 所 给 的公式， 看不 出与 T的关系因而值得进一步 探讨 三 是， 现有管 口淹深计算公式，都是对 竖直安装吸 水管而言， 水平安装吸水管管 日淹 深 确定 尚无 依据 鉴于以上；方面的 问题，我们 自1 9 8 7 年开 始，对离心泵吸水管管口适宜淹投深度进行了 吸 水管 管口 淹没 深 度计 算寰 序 号 方 法 挺 出
5、 单 位 计 搏 公 式 ； 淹授盎) 度 崔 一 一L 一 一 I 。 一o 6 4 ( F ， +0 6 5 T D O 7 5 ) ，其牛， l i 腓 酞 lF ，一 篑 f 。 一 一一L 一 j l K o 5 +1 a Y O 十o 4 1 2 1 B本近蘑正道 1 1 0 4 8 0 l h 毪 一K D ； 3 l 美国l水力协台 j h 吨=2 5 Q ( m J ， 式中 Q 为流 量( m s ) 58 维普资讯 较长时阔的 试验， 取得 了大量的 试验 数据，现 归纳整理于后 = ，实验 设 备和 方 法 影 响吸 水管管 口临界淹 没深度 的 因 素 很 多， 它不
6、仅 与进 口流速 进 口形状 有关 ，还与 进水 池池壁形状、进水 口边缘距后墙距 离 T， 悬空高P，吸水池中吸垄暨曲数目 管口与管 口中心距等有关 为了简化 试验，我 们采用矩 形 吸水 池， 池中只放一个 吸 水 管，池 长 L=5 D ， 吸水管直径D =1 0 0 ram，分 别对 不同扩 散形式 不同扩散管 口在 不 同后 墙距 T， 实测其 不 同流 量对 的临界淹没深 度 试验使 用4 BA- 2 5 A 水泵抽 水；用 薄 壁 直角三角堰 测量流 量； 堰箱基本 符台 国家标准 水泵流量 的测量方法 中的有关规定，堰上 水头 用带游标 的水位 测针 量测 读数 达到 0 1
7、mm，流 量的测量精度 在 2 以内； 用S WV一 2 0 0 型跟踪水位仪 测量吸 水池水位，其分 辩 精 度 为4 - l mm； 用压力水管 上的阀门控制 流量 ， 在 每个 固定 的流 量下 ，使 吸水池水位 由高逐渐 下降( 即管 口淹深逐渐 减小 ) ，直到 吸水 管管 口 处发生 有进气漩涡，记录 其淹没深度作为该流 量下的临界淹 没深 度 试验装置如 图 1 圈 l试验 装 置平 面布 置 (单位 ；f i l m ) 国一 电动机； 国一 水泵； 俺 阿；固 一压 力水 管； 一 暇水 管j 一 稳水栏 栅； 0一三 角 堰j 水位测 针 一 水位跟 踪仪 测针； 画一泄
8、水用 不同管日形状的流量淹 深试验 结 果 如 图 3 三、试验成果 所 ( 一 ) 对竖直安装吸水管的试验成果 1 管 口形状 对吸水管管 日 采 用 不 扩 散 ( D =D 一 1 0 0 ram) 管 口l ， 3 倍扩散 和1 5 倍扩 散等型式 进行试验，且扩 散分 为按 直线型和椭 圆线 型 从试验结果得知， 当管 E I D =l ， s D 呈椭 圆线 扩散时，临界 淹没 深度最小 扩散喇叭椭 圆线 按 式 1制做 曲线扩 散 喇 叽 口形状如图 2所 示 y X = + 圈 2曲线 扩 散 瞬 f 叭 日 X S 9 维普资讯 T D ： D ： ， 芊 D =D Di =
9、 l 5 D - I ( 、 a J ， = I 、 1 一 l 爿， 一 ： ， D l 雷 一 一 图 3不 同管 口形状 h 蒋Q关系线 2 矩 形 吸 水 池 的 池 宽 单管矩形吸水 池的池宽B一( 2 5 3 5 ) D 时，对 吸水管 管 口淹没深度无 明显的影 响，且 池中水流较平 稳 当池 宽B 0 5 D 后，淹没 深度 与T再没 有明 显 地变化 所 以T一0 5 D 时 的淹没深度即概 括 了T 0 5 D 后 的淹深 依据 大量 试验 资料，绘 制 成 T= 0、T= 0 I D 、 T一 0 2 D 、 T ： 0 3D 置、 T = 0 4 D 、 T=0 5 D
10、 时的K F ， 的 关 系 线 ( K。 为淹没 系数 ，F， 为佛汝德数 )， 如图 4所示 从 图 4看 出， 当F 0 5 后， K。 -F 成 直线关系； T越大，线 越陡 也 就是说，随 T 的增加，流速 越大 时， 需要的 吸水管管 口淹投 深度越大这 是因为在吸水 池中的水流，表层 有 部分 不能在 流动过程中，直接进入 吸水 口， 当 T小 时， 这部分表层水 流， 撞到后墙 后即刻 返 回， 可以把刚刚 出现的 漩涡盖住，使虢 涡消 失或减 ； 而当 T犬时， 这部分表层水流，撞 墙后， 在吸水管后， 向两 侧流动， 促使靛 涡的 生成或旋转 的加 剧 当后墙距 达 到 一
11、定 距离 后，其影 响不会 再增加 所 以T=0 5 D 即为 临界状 态 淹深与 T不 再发 生明显地影响 獗 ， _ ， i i ， 0 ， r = V j t 圈 4竖直 安装 吸 承管K F， 硅 关 系 线 由图 4中F 0 5 后呈直线，可 以近似归 纳成如 下两 个公式， 即： 当T= 00 1 D 时， K ：0 1 8 8 +( 3 4 T D进 +0 3 1 5 ) F 矗， (2) 当T一0 2 D, 0 5 D 时， K。 =0 5 8 +( T D +0 5 ) F ， 矗 ， (3) F一 临 界淹 没深度 按下式 计算： 一 ( 1 0 5 1 1 ) K。 D
12、(4) 4 改善 淹深 的措 施 为了有效地改善已建泵站吸水管管 口藏没 深 度达 不到临界淹深， 尚能 保 证水 泵 正常运 行，经 过试验提 出如 下行 之有 效的措施：在吸 水管 的进 口处安装水 平隔板，如图 5所示 隔 板与进 口边缘齐平，宽 度b =3 D ， 长 度 L= 2 Dm+ T 从多 次的试验中，我们发现，在吸水管 管 口处 安装 了较 大的隔板 后，板上 的水流受吸水 维普资讯 管吸 引的影响很小，尤其当吸水管左右两铡出 现旋 转水 流时隔板上受后 墙反弹 回的水流， 起到 减缓 水流旋转的作 用所 以只有当管 口淹 投深度很小 时，在水平 隔 板 前 端，才 出现漩
13、 涡， 因而大 大减小 了临 界淹 没深度 图 5 进 口加 设隔 板 至 于在吸 水管 管 口下加导水锥 (直 线型锥 或曲线形锥 )； 吸水 管管壁至后墙 间加 竖直隔 板等 方法，通 过试验，对吸水管管 口J 瞄界淹深 均无 明显 的改 善 ( 二 ) 对水平安装吸水管的试验成果 安装在直 墙上 的水 平吸水管管 口如 图 6所 示 圉 e水 平 安装吸 水管 ( 单 位： r D , D 2) I 管 口 开 j 状 分 别对管 口扩 散成 喇 叭 形 (D D=1 5 和D D =1 3)和管 口不扩 散 (D =D ) 的 多种 吸水 管管 口进行 了临界 淹没深度的试验和 对 比
14、，试验 结果表 明以管 口不扩 散的淹投深度 最小 我们在试验过程 中注意到了这种异常 现 象，但在 反复试验 中均 系同一结 论，有待于今 后进一步分 析研究，从理论上加 以说明 2 进 水 池 宽 度 B 吸水管 口水平安装，正 向进 水， 每池一个 趿水 日， 当B=( 2 O 3 O ) D 时 临 界 淹 没 深 度变化 不 大，B3 O Dt时， 淹 没深 度都 要增 加 3 淹 没 深 度 h 经 对Dt =1 5 Dt(椭 圆线 型 扩 散 喇 叭 口 )和D =D 两种水平安装吸 水管 管 口 淹没 深度的大量试验 ，亦可 归纳成K。 F m 关 系线 ， 且 当Fr 置 大
15、于 0 5 后，成直线关系 ， 如 图 7所示 I 盖 I 图 7水平 安 装驳 水管K。 Fr 进戈系线 其中直线段可近似按 以下公式计 算： D = 1 5 D! 时 K 一0 4 1 +O 3 6 5 F ， ， (5) D茁 D 耐 K。 ：0 2 8 +O 1 6 2 F t， (6) h*：( 1 O 5 1 1 ) K。 D 四、吸水池中的水流现象 从 试验 中观 察， 对矩形吸水池， 当瑷水 管 管 口淹 没深度较 大时，池 中水流平稳，水 流从 四周流 向管 日 随着吸水池 中水位舶 降落 (淹 深减小 )，水流 开始在 吸水管的左右两 侧出现 漩 涡，但漩 涡很 快被表层
16、水流覆盖而 消失 ，水 泵运行正常水 位继续下降，漩 涡出现时 间加 长 ，旋转速度逐 渐加大， 由于吸水 口的吸 引， 漩 涡尾 部弯 向吸水管 口， 水 泵 进气，水 泵 振 动，扬程忽高忽低，直至 停止抽水 (一 )竖直安装吸水 管时的水流现象 吸水池水流在吸 水 管 管 口周围上、下、 左 右、前后弯 向吸水管 口， 供水 泵抽水 当 吸水池 中水 位较 高时 ( 管 口有足够的淹深 )， 表 层水 流似乎不受管 口进冰 的影响 当淹深降 低时， 在吸水管后 部沿管 左右两侧至后墙问 出 现 向左或 向右旋 转的漩涡其位置和方 向如凰 S ( a) 所 示 漩涡因受后墙的 约束及矩形吸
17、 水池 拐角死水 区的限 制， 漩涡逐渐绕到吸 水管 稍前 维普资讯 橡胶坝在弯道取水防沙工程中的应用 伍培超 程 禹 平 ( 广东省水利电力勘测设甘皖 ) (广东省水利水电科学研究所 ) (一 ) 弯 道水流态 势及 泥汐分在 1 弯道 水流态势 横 向 环 流 是弯道水流的特征 因弯道 水 流受重 力与离心 力的作用，使表层水流 流向凹 岸，底层水 流流向凸岸，混合顺 河而来 的水 流 形成 纵向螺旋流 横 向环 流 弯道 环流强度在 弯顶最 大 弯末 尚有残 余环流沿程逐渐衰 减直 至 消 失 2 弯道泥 沙分 布 弯道 的横 向环流使泥沙 运 动 异 于顺 直河 道，弯段螺 旋流的强度
18、与旋度沿水探 和流程变 化，势必 I 起横 向输 涉不平衡且 悬移质含沙 量垂线分 布上 小下大，泥沙粒径上 细下 租，故 环流上 层输沙量小于下层， 以致 加剧 凹岸崩坍 后退 ，凸岸淤长延伸，而 凸岸边滩上 段淤沙粒 径 则较下 段为粗 弯道水流的这种态 势和 泥沙 分布 规律，恰 好为 凹岸引水提供 了有利 条件 (= ) 弯 道取水防沙工 程布置 引水工程根 据环流原理 、分层原理 及导流 分布原理分成高层 引水、 低层 引水或 多层 引水 等类型，既 可克 分利用天然河弯，又 可采 用人 工弯道， 以达 到正面引水侧向排沙 的 目静 河 流两岸人 口众多，生产 活动频 繁， 臾之 水
19、 土保 持，给引水防抄 以许多困难 河道 特性 不同，当然应设计不 同的 引水 型式，但 不同 的 日 水型式又会产生不 同的冲淤形 态， 反过来可 能在不同程度上改变原来河段的特性因此， 优化取水布置 (包 括 工 程 位置 型式 I 水 角 闸底 高程 以及 环流建筑 物等 ) 至关重要 在 选择 取水 布置 时， 其 引水 I： 1 的最优 位置 可按 B B 杜立 涅夫给 出的计算式算 出； 引 水 角不宜过小 ，否鳓引水流量不足， 又 不 宜 过 大 ，否刚 口门易出现回流淤积： I 戒 日商 程 以 防止推移质和减少悬移质进人，达 到引取所 需 的设计流量为准则：此外，边滩移动和弯
20、道稳 定，与保证 引承 量也 密切相关 冲沙闸底板 高程 约等于原河床枯永河槽 的 平均高程：进水 闸底板 高程 宜高子冲沙 闸底板 高程 (约 1 2 m )。 笔者在研 究引水工程排沙改造型式 中，曾 探讨 过弯 遭排 沙并 建议采 用 下 水布置型式 苷 谁祷 谙 督 斡 壤她 社一 话 *； ： *_苷 静 营 静- 港 苷 - 带- * 嘈 错 社_静 脊 端的左侧或右侧，在 吸水 管 口的吸 引下，形 成 漏斗形管状漩 涡， 漩涡 中心压力 减小 ，涡管弯 向进水 口，发生沿 锅管进 入空气， 水泵流量和 扬程 明显下 降如 图8 ( b ) 所示 82 a ) 吸水 池措祸 I
21、_ l 圈 b ) 柱状 睫 羁 周 8吸水 池 的旋 涡情 况 苷 壤 一 静 - 静 前 - 当 T较小 时，吸水 池中 表 层 水 流的一部 分，不 直接进 吸水管， 而仍 向前流去，水流 经 过吸水管， 立 即冲击到后墙， 水流反 回，返 回的水流很容 易把 已经在 吸水管 两删 出现的漩 涡盖住，面使漩 涡消失 尤其是当水泵流藿较 大时，此 时吸水池中的水流速度太，表层 的反 冲水 流影 响更为突 出，这就是 T减小而 淹没探 度 小及T小时lK F 直线斜率 小的主要原 因 ( = ) 安装在童墙上的水平吸木管口之水 流 现象 淹投深度较大时 ，池中水 流平稳， 水面 平 静随着淹
22、深减小， 出现 由管 口中央或 向左或 维普资讯 弓 j 术幛 政域 ， 她 圈 l 弯遭弓 水布置示意 (单位：m ) 丛 (见图 1) 点 对妥善解 决径 流电站的 E游淹没和在多沙 实践表 明，采 用上述布置型式 后， 较之一 浑水 河流取表 水防沙，其作 用尤为突出 般 正 向引水排 沙布 置可减少进沙 率2 3 ， 排沙 1 橡胶 坝取 表水的特 点 率粥增大2 7 通常的引 ( 取 )水建筑物多以节制、控制 为增大 取水量， 减少 泥沙 渠，选用环流 闸等为主，取水途径多 是采 用底流或 闸门开 房 建筑 物于 进水 闸前，形成 强大的人工环流是经 后 全断面 引水， 因而 河流中
23、的泥沙 都 顺 流 而 接可行的而橡 胶坝的轻便 灵活，造 价低，施 进 ，往往造 成 B l 水渠 的严重淤积 工简易的取表水，更是这类取水防沙工程的理 但橡胶坝最大的特点是坝疆可以溢l流，不 想建筑物 取底流而 取表水 ，而 且坝的高度可根据 引水位 (兰 )樟 胶坝在弯道取水防 沙工程中的作 的高 低而随时进 行调节 所引取的表层水流基 用 本上是清瘩或颗粒很 细的悬 沙水 层， 也 就 是 据国内、外二十余年的实践证明，橡胶坝 说， 如果采用橡胶埂横置于弯道取水口的口n 具有造价低、节省三材、结构简单、施工及安 上，在取水期间，河流中的粗颗粒泥沙，都在 装 简便 、工 期短、生 较快
24、、管理运 用 灵 活 方 底层或 中层水 流中，故大部分泥沙都被 橡胶 坝 便 ，泄量大 阻水小、止水 和抗震性能 良好 等优 拦截在 口门 以外 根据河 道来水米沙情 况结台 r n ，、 n 、 ， ，、 ， A 、 n 、 、， 、 n ， ， 、 、，、 ，、 ， ， 几 A ， 、 ， _， ， 向右旋转的漩 捣但 由于淹深尚不过小，吸水 管并不 发生 进气，而 漩涡不时被 自墙反弹 的水 流所 淹没 当淹深再减，漩涡不能淹没而逐 渐 转到 吸水 管 口，发 生柱 状漏斗，从而漩 涡带进 大 量气体 ( 三 )机组启动前要求有足够的淹没深度 试 验 表 明，由 吸水池中的水深较大 (
25、即 淹深较大 ) 而逐渐降低时，得到的管口临界淹 没深度，要 比由池中水位较浅 (即淹深较小 ) 而逐 渐加 深时，得 到的临界淹没深度要小些 也就是说， 已经 发生牲 状漩 涡， 再加大水深， 使旗涡 消失 是比较困难 的所 ，建议在泵站 枫 组 启动前 要保证吸水 池有足够的淹 没水 深 即足够 的淹 没深度尽量避免水位较 低启 动水泵 木 ： I c 木 木 本次试验研 究 ， 只限于矩形 吸水池 ， 每 池一 个 吸水管 ， 且 只对 1 0 6 e m( 英 寸) 吸水管管 口的 临界淹没深 度进行 测试 能否 以一 概全 ， 有 待封 扬水站现 场验证 本次试验进行 时间 较长 ， 得到 一 系列试验 数据，对竖直安装和水平安装 的吸 水管整理出七条K。 F r 避 关系绂， 当F ， t 0 5 时 均成直线关系对 正值 吸水的离心泵、混流 泵正砖确定吸水管 口淹 没深度，提供 了可靠 的 依 据对今后的泵站建 设，对 已建泵站的改造 都 具有明显 的实用价 值 6 3 维普资讯