井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道的制作方法

1.本发明涉及泵站工程技术领域，具体涉及一种井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道。


背景技术：

2.泵站出水流道是连接水泵导叶体出口至出水池之间的流道，其作用是将水泵出口水流平稳引至出水池。泵站的出水流道不仅影响水泵装置的效率，而且对机组的安全稳定运行也具有较大的影响。
3.由于井筒式安装的潜水电泵不仅可实现传统干式泵型所具备的功能，而且具有结构紧凑，安装快捷方便和运行时对周围环境影响小等优点，在泵站工程领域应用的越来越广泛。
4.但是，水流在井筒式安装潜水电泵的出水流道内部存在脱流、漩涡等不良流态，极易导致机组的振动，影响机组的安全稳定运行。为消除出水流道内的不良流态，需在其导叶体出口与出水流道之间设置导流装置，改善流态，引导水流平稳进入出水流道，减小水力损失，提高水泵装置效率。但是专业人员对该种流道型式尤其是井筒式安装潜水电泵用的出水流道型式研究较少，至今未提出可供推广实施的设计方法。
5.因此，亟需提出一种井筒式安装潜水电泵用出水流道，该种流道型式可有效消除传统出水流道内的不良流态，提高水泵装置效率，保证机组安全稳定运行。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，解决了井筒式安装潜水电泵的出水流道内水流流态紊乱的问题。
8.(二)技术方案
9.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
10.一种井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，所述蘑菇型出水流道包括：导叶体、出水流道、倒置导水锥、出水导流堰、出水导流顶和潜水电机；
11.所述出水导流堰头端与导叶体外壁顶端相接，尾端与出水流道底板相切；
12.所述倒置导水锥头端与潜水电机上端相接，尾端与出水导流顶头端相切；
13.所述出水导流顶的尾端与出水流道顶板相切；
14.所述出水导流堰从头端至尾端依次包括：出流扩散段、泄流曲线段和圆弧衔接段；
15.所述泄流曲线段头端与出流扩散段尾端相切，泄流曲线段尾端与圆弧衔接段头端相切，圆弧衔接段尾端与出水流道底板相切。
16.优选的，所述出流扩散段的母线l1为椭圆曲线，以母线l1所在椭圆的中心为原点建立第一坐标系，在第一坐标系下母线l1的方程为：
[0017][0018]
其中，r1为出流扩散段尾端至机组中心线距离，其取值范围为(0.8～1.2)d；
[0019]
d为水泵转轮直径；
[0020]
r1为导叶体的出口半径；
[0021]
h1为导叶体出口与出流扩散段尾端的高差，其取值范围为(0.55～0.65)d。
[0022]
优选的，以所述泄流曲线段的母线l2的头端为原点建立第二坐标系，在第二坐标系下母线l2的方程为：
[0023][0024]
其中，h为水泵设计扬程。
[0025]
优选的，所述圆弧衔接段的圆弧半径为(0.15～0.25)d。
[0026]
优选的，所述倒置导水锥的母线l3为椭圆曲线，以母线l3所在椭圆的中心为原点建立第三坐标系，在第三坐标系下母线l3的方程为：
[0027][0028]
其中，r2为倒置导水锥尾端至机组中心线距离，其取值范围为(0.95～1.25)d；
[0029]
r2为潜水电机的半径；
[0030]
h2为潜水电机上端与倒置导水锥尾端的高差。
[0031]
优选的，所述出水导流顶的母线l4与泄流曲线段加圆弧衔接段的母线形状尺寸一致，泄流曲线段加圆弧衔接段的母线与母线l4的内切圆在沿母线l4移动的过程中直径不变，且所述内切圆的直径为(1.5～2.0)d。
[0032]
优选的，所述出水流道的宽度为(2.5～3.0)d。
[0033]
优选的，所述第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系的y轴在同一竖直线上。
[0034]
优选的，所述倒置导水锥为钢制材料，其与潜水电机顶部活动连接。
[0035]
(三)有益效果
[0036]
本发明提供了一种井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道。与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0037]
本发明中，蘑菇型出水流道在导叶体上方设置扩散段，可保证水泵出口水流经过导叶体整流后继续扩散，进一步降低流速，减小水力损失；经水力计算确定的泄流曲线段型线及出水导流顶型线可与水泵出口水流的水舌上下缘相吻合，有效消除了出水流道内水流脱流和漩涡等不良流态；圆弧衔接段可使水流平稳进入出水流道，进一步减小了流道内部的水力损失，提高了水泵装置效率，保证了机组安全稳定运行，解决了井筒式安装潜水电泵的出水流道内水流流态紊乱的问题。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为本发明实施例中蘑菇型出水流道的纵剖面结构示意图；
[0040]
图2为本发明实施例中蘑菇型出水流道的型线结构示意图；
[0041]
图3为本发明实施例中出水导流堰的型线结构示意图；
[0042]
图4为本发明实施例中第一坐标系下出流扩散段的母线l1的坐标图；
[0043]
图5为本发明实施例中第二坐标系下泄流曲线段的母线l2的坐标图；
[0044]
图6为本发明实施例中第三坐标系下倒置导水锥的母线l3的坐标图；
[0045]
图中附图标记设置为：导叶体1、出水流道2、倒置导水锥3、出水导流堰4、出流扩散段41、泄流曲线段42、圆弧衔接段43、出水导流顶5、潜水电机6。
具体实施方式
[0046]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
本技术实施例通过提供一种井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，解决了井筒式安装潜水电泵的出水流道内水流流态紊乱的问题。
[0048]
本技术实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0049]
本发明实施例中，蘑菇型出水流道在导叶体上方设置扩散段，可保证水泵出口水流经过导叶体整流后继续扩散，进一步降低流速，减小水力损失；经水力计算确定的泄流曲线段型线及出水导流顶型线可与水泵出口水流的水舌上下缘相吻合，有效消除了出水流道内水流脱流和漩涡等不良流态；圆弧衔接段可使水流平稳进入出水流道，进一步减小了流道内部的水力损失，提高了水泵装置效率，保证了机组安全稳定运行，解决了井筒式安装潜水电泵的出水流道内水流流态紊乱的问题。
[0050]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0051]
实施例：
[0052]
如图1～图6所示，本发明提供了一种井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，所述蘑菇型出水流道包括：导叶体1、出水流道2、倒置导水锥3、出水导流堰4、出水导流顶5和潜水电机6；
[0053]
所述出水导流堰4头端与导叶体1外壁顶端相接，尾端与出水流道2底板相切；
[0054]
所述倒置导水锥3头端与潜水电机6上端相接，尾端与出水导流顶5头端相切；
[0055]
所述出水导流顶5的尾端与出水流道2顶板相切；
[0056]
所述出水导流堰4从头端至尾端依次包括：出流扩散段41、泄流曲线段42和圆弧衔接段43；
[0057]
所述泄流曲线段42头端与出流扩散段41尾端相切，泄流曲线段42尾端与圆弧衔接段43头端相切，圆弧衔接段43尾端与出水流道2底板相切。
[0058]
所述蘑菇型出水流道在导叶体尾端设置倒置导水锥、出水导流堰和出水导流顶，三者母线均设置为曲线型，可引导水流平稳进入出水流道，避免了水泵出口水流通过导叶
体后喷溅进入出水流道，避免机组产生振动；并且出流扩散段能够保证水泵出口水流经过导叶体整流后继续扩散，进一步降低流速，减小水力损失，提高水泵装置效率；根据水流流动特性，出水导流堰由三段曲线首尾相接组合而成，有效避免了水流在出水导流堰下部形成回流区，优化了水流流态，进一步减小了出水流道内的水力损失，解决了井筒式安装潜水电泵的出水流道内水流流态紊乱的问题。
[0059]
如图4所示，所述出流扩散段41的母线l1为椭圆曲线，以母线l1所在椭圆的中心为原点建立第一坐标系，在第一坐标系下母线l1的方程为：
[0060][0061]
其中，r1为出流扩散段41尾端至机组中心线距离，其取值范围为(0.8～1.2)d；
[0062]
d为水泵转轮直径；
[0063]
r1为导叶体1的出口半径；
[0064]
h1为导叶体1出口与出流扩散段41尾端的高差，其取值范围为(0.55～0.65)d。
[0065]
如图5所示，以所述泄流曲线段42的母线l2的头端为原点建立第二坐标系，在第二坐标系下母线l2的方程为：
[0066][0067]
其中，h为水泵设计扬程。
[0068]
如图2、图3所示，所述圆弧衔接段43的圆弧半径为(0.15～0.25)d。
[0069]
如图6所示，所述倒置导水锥3的母线l3为椭圆曲线，以母线l3所在椭圆的中心为原点建立第三坐标系，在第三坐标系下母线l3的方程为：
[0070][0071]
其中，r2为倒置导水锥3尾端至机组中心线距离，其取值范围为(0.95～1.25)d；
[0072]
r2为潜水电机6的半径；
[0073]
h2为潜水电机6上端与倒置导水锥3尾端的高差。
[0074]
如图1、图2所示，所述出水导流顶5的母线l4与泄流曲线段42加圆弧衔接段43的母线形状尺寸一致，泄流曲线段42加圆弧衔接段43的母线与母线l4的内切圆在沿母线l4移动的过程中直径不变，且所述内切圆的直径为(1.5～2.0)d。
[0075]
倒置导水锥3、出流扩散段41、泄流曲线段42和出水导流顶5能够与水流上下缘相吻合，避免了水流进入出水流道2时存在的冲击损失及在下部存在的回流区；
[0076]
圆弧衔接段43可使下泄水流平顺转入出水流道2，避免了流道中出现的湍流现象，有效减小了水流的冲击损失。
[0077]
如图1、图2所示，所述出水流道的宽度为(2.5～3.0)d。
[0078]
如图1～图6所示，所述第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系的y轴在同一竖直线上。
[0079]
如图1、图2所示，所述倒置导水锥3为钢制材料，其与潜水电机6顶部活动连接。当机组需要吊出进行检修维护时，将倒置导水锥3拆除，为机组腾出吊装空间。
[0080]
综上所述，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
[0081]
1、本发明实施例中，蘑菇型出水流道在导叶体上方设置扩散段，可保证水泵出口水流经过导叶体整流后继续扩散，进一步降低流速，减小水力损失；经水力计算确定的泄流曲线段型线及出水导流顶型线可与水泵出口水流的水舌上下缘相吻合，有效消除了出水流道内水流脱流和漩涡等不良流态；圆弧衔接段可使水流平稳进入出水流道，进一步减小了流道内部的水力损失，提高了水泵装置效率，保证了机组安全稳定运行，解决了井筒式安装潜水电泵的出水流道内水流流态紊乱的问题。
[0082]
2、本发明实施例中，提出了精确的公式用于计算蘑菇型出水流道导流装置的主要几何参数，其可借助计算机等先进设备，实现对导流装置的参数化设计及建模等工作，大大减轻了导流装置的设计强度。
[0083]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0084]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，所述蘑菇型出水流道包括：导叶体(1)、出水流道(2)、倒置导水锥(3)、出水导流堰(4)、出水导流顶(5)和潜水电机(6)；所述出水导流堰(4)头端与导叶体(1)外壁顶端相接，尾端与出水流道(2)底板相切；所述倒置导水锥(3)头端与潜水电机(6)上端相接，尾端与出水导流顶(5)头端相切；所述出水导流顶(5)的尾端与出水流道(2)顶板相切；所述出水导流堰(4)从头端至尾端依次包括：出流扩散段(41)、泄流曲线段(42)和圆弧衔接段(43)；所述泄流曲线段(42)头端与出流扩散段(41)尾端相切，泄流曲线段(42)尾端与圆弧衔接段(43)头端相切，圆弧衔接段(43)尾端与出水流道(2)底板相切。2.如权利要求1所述的井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，所述出流扩散段(41)的母线l1为椭圆曲线，以母线l1所在椭圆的中心为原点建立第一坐标系，在第一坐标系下母线l1的方程为：其中，r1为出流扩散段(41)尾端至机组中心线距离，其取值范围为(0.8～1.2)d；d为水泵转轮直径；r1为导叶体(1)的出口半径；h1为导叶体(1)出口与出流扩散段(41)尾端的高差，其取值范围为(0.55～0.65)d。3.如权利要求2所述的井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，以所述泄流曲线段(42)的母线l2的头端为原点建立第二坐标系，在第二坐标系下母线l2的方程为：其中，h为水泵设计扬程。4.如权利要求1所述的井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，所述圆弧衔接段(43)的圆弧半径为(0.15～0.25)d。5.如权利要求3所述的井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，所述倒置导水锥(3)的母线l3为椭圆曲线，以母线l3所在椭圆的中心为原点建立第三坐标系，在第三坐标系下母线l3的方程为：其中，r2为倒置导水锥(3)尾端至机组中心线距离，其取值范围为(0.95～1.25)d；r2为潜水电机(6)的半径；h2为潜水电机(6)上端与倒置导水锥(3)尾端的高差。6.如权利要求1所述的井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，所述出水导流顶(5)的母线l4与泄流曲线段(42)加圆弧衔接段(43)的母线形状尺寸一致，泄流曲线段(42)加圆弧衔接段(43)的母线与母线l4的内切圆在沿母线l4移动的过程中直径不变，且所述内切圆的直径为(1.5～2.0)d。7.如权利要求1所述的井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，所述出水
流道的宽度为(2.5～3.0)d。8.如权利要求5所述的井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，所述第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系的y轴在同一竖直线上。9.如权利要求1所述的井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，其特征在于，所述倒置导水锥(3)为钢制材料，其与潜水电机(6)顶部活动连接。

技术总结
本发明提供了一种井筒式安装潜水电泵用蘑菇型出水流道，涉及泵站工程技术领域。蘑菇型出水流道在导叶体上方设置扩散段，可保证水泵出口水流经过导叶体整流后继续扩散，进一步降低流速，减小水力损失；经水力计算确定的泄流曲线段型线及出水导流顶型线可与水泵出口水流的水舌上下缘相吻合，有效消除了出水流道内水流脱流和漩涡等不良流态；圆弧衔接段可使水流平稳进入出水流道，进一步减小了流道内部的水力损失，提高了水泵装置效率，保证了机组安全稳定运行，解决了井筒式安装潜水电泵的出水流道内水流流态紊乱的问题。水流道内水流流态紊乱的问题。水流道内水流流态紊乱的问题。


技术研发人员：孙奥冉 韦祖斌 邹凯宁 陆雪涛 王艮霞 李娜 杨晓春 盛康 姚婷婷
受保护的技术使用者：安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/13