專利名稱：傘形雙向立式泵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水利工程設(shè)施，尤其是雙向立式泵裝置的結(jié)構(gòu)，屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為達到灌排雙向抽水和自排自引的目的，早期工程通過采用“一站四閘”的樞紐布置來達到該目的。近年來，在沿江濱湖地區(qū)采用雙向泵站進出水裝置(專利號02286342. 7)建設(shè)了多座大中型箱涵式雙向流道泵裝置，并且針對該泵裝置出水結(jié)構(gòu)申請了開敞式水泵出水室(專利號96231988. 0)，通過泵裝置模型試驗及CFD計算均可發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的箱涵式出水流道內(nèi)流態(tài)紊亂，導(dǎo)致水力損失很大，傳統(tǒng)的雙向出水流道均采用快速閘門，流道內(nèi)誘發(fā)的水力激振可引起出水流道關(guān)閉側(cè)閘門的振動，產(chǎn)生噪音，進而影響泵裝置的安全穩(wěn)定運行；傳統(tǒng)的箱涵式雙向進水流道易產(chǎn)生渦帶，影響水泵的正常運行，降低泵裝置整體效率，從而增加能耗，違背國家節(jié)能減排的政策。目前，單向流道泵裝置的進水結(jié)構(gòu)型式主要有肘形進水流道、鐘形進水流道、簸箕型進水流道、豎井式進水流道、斜式進水流道及箱涵式進水池6種形式；出水結(jié)構(gòu)型式主要有直管式出水流道、虹吸式出水流道、斜式出水流道及箱涵式出水池4種形式；常用的斷流方式有拍門，快速閘門，真空破壞閥三種形式。這些進水結(jié)構(gòu)型式、出水結(jié)構(gòu)型式及斷流方式在單向流道泵裝置中均得到了廣泛地工程應(yīng)用，那么對于雙向立式泵裝置而言，能否借鑒其中的結(jié)構(gòu)型式并結(jié)合雙向立式泵裝置自身的特點進行設(shè)計而發(fā)明出一種克服傳統(tǒng)雙向立式泵裝置的缺點，如雙向進水流道的渦帶、出水流道內(nèi)流態(tài)復(fù)雜、水力損失大且無整流措施等關(guān)鍵問題，結(jié)合傳統(tǒng)雙向立式泵站實際運行的情況，能否采用具有操作簡便，斷流可靠、檢修方便的斷流方式，針對這些問題，設(shè)計一種新型的雙向立式泵裝置其意義及推廣應(yīng)用價值就顯得很大，不僅能解決上述的問題，而且能提高水泵進口條件，改善雙向出水流道內(nèi)部流態(tài)，提高泵裝置的水力性能，進而起到節(jié)能減排的作用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，借鑒單向流道泵裝置的結(jié)構(gòu)型式并結(jié)合雙向立式泵裝置的特點，設(shè)計一種新型的雙向立式泵裝置結(jié)構(gòu)，已達到以下目的
(1)通過閘門的不同調(diào)度實現(xiàn)自排自引、抽排抽引的多項功能；
(2)突破傳統(tǒng)雙向立式泵裝置斷流方式單一的技術(shù)難題，達到泵裝置運行管理和維護方便的目的，降低斷流設(shè)備投資，提高斷流設(shè)備可靠性；
(3)消除雙向流道泵裝置內(nèi)渦帶，改善水泵入流條件，調(diào)整出水流道內(nèi)部流態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)方案是，傘形雙向立式泵裝置，包括雙向長方體進水流道、長方體出水流道、消渦防渦錐、進口喇叭管、葉輪室、導(dǎo)葉體，消渦防渦錐設(shè)置在進口喇叭管下方的雙向長方體進水流道內(nèi)，葉輪室進口連接進口喇叭管，葉輪室出口連接導(dǎo)葉體，其特征是，設(shè)有消旋體、環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)、后導(dǎo)水錐、出口喇叭管、駝峰環(huán)形殼，消旋體、后導(dǎo)水錐、出口喇叭管依次設(shè)置在導(dǎo)葉體的上部，所述消旋體由輪轂、葉片和外殼構(gòu)成，消旋體的輪轂分別與導(dǎo)葉體的輪轂、后導(dǎo)水錐平滑連接，消旋體的外殼分別與導(dǎo)葉體的外殼和出口喇叭管平滑連接；駝峰環(huán)形殼上環(huán)邊與后導(dǎo)水錐的上緣平滑連接，下環(huán)邊置于長方體出水流道內(nèi)構(gòu)成環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)，環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)的駝峰頂部設(shè)有至少兩個均勻布置的通氣孔接口連接到真空破壞閥。所述雙向長方體進水流道與長方體出水流道的長度及寬度相同，長方體出水流道出口處和雙向長方體進水流道兩進水側(cè)設(shè)有閘門。所述消渦防渦錐母線采用四分之一的橢圓弧線或變曲率弧線，消渦防渦錐錐底直徑與錐頂直徑之比為7. 00，進口喇叭管的母線與消渦防渦錐的母線線型相似，進口喇叭管母線底緣順接四分之一的橢圓或變曲率曲線，進口喇叭管呈“紳士帽”形狀；進口喇叭管底與進水流道底板間距為葉輪名義直徑的0. 50倍，進口喇叭管進口斷面直徑與消渦防渦錐的底面直徑相同，均為葉輪名義直徑的1. 50倍。所述消旋體的輪轂和外殼直徑與導(dǎo)葉體出口側(cè)的輪轂和外殼直徑相同，消旋體的葉片為平直或者扭曲葉片，葉片兩側(cè)端分別與輪轂與外殼固結(jié)成一整體結(jié)構(gòu)，葉片上下端呈尖錐橢圓型線。所述駝峰環(huán)形殼上環(huán)邊與后導(dǎo)水錐的上緣平滑連接構(gòu)成的出水流道壁斷面為圓形或變曲率弧線的斷面形式。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理科學(xué)，以進、出水流道水力性能評判指標為依據(jù)，結(jié)合進、出水流道的設(shè)計方法及斷流方式的優(yōu)缺點，對雙向立式泵裝置進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。消渦防渦錐設(shè)置在進口喇叭管下方的雙向長方體進水流道內(nèi)，葉輪室進口連接進口喇叭管，葉輪室出口連接導(dǎo)葉體，消旋體、后導(dǎo)水錐、出口喇叭管依次設(shè)置在導(dǎo)葉體的上部，消旋體的輪轂分別與導(dǎo)葉體的輪轂、后導(dǎo)水錐平滑連接，消旋體的外殼分別與導(dǎo)葉體的外殼和出口喇叭管平滑連接，駝峰環(huán)形殼上環(huán)邊與后導(dǎo)水錐的上緣平滑連接，保證水流由消旋體出口圓環(huán)斷面過渡至駝峰環(huán)形殼出口斷面間擴散均勻且無流速突變，駝峰環(huán)形殼下環(huán)邊置于長方體出水流道內(nèi)，構(gòu)成一種呈傘形結(jié)構(gòu)布置的復(fù)合型雙向出水流道，駝峰環(huán)形殼下環(huán)邊置于長方體出水流道內(nèi)，駝峰頂部設(shè)有至少兩個均勻布置的通氣孔接口連接真空破壞閥。進水流道水力性能評判指標有四項(1)速度加權(quán)平均角；(2)軸向速度分布均勻度；(3)水力損失；(4)平均渦旋角。出水流道水力性能評判指標有兩項(1)水力損失；(2)壓能恢復(fù)系數(shù)。進、出水流道先采用典型水力設(shè)計方法進行初步設(shè)計再采用CFD技術(shù)對其進行優(yōu)化。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果
傘型雙向立式泵裝置具有自排自弓1、抽排抽引的四種作用，起到了以往“一站四閘”的作用，具有投資省，運行管理方便，自動化程度高的特點，本發(fā)明充分利用了箱涵式雙向進水流道結(jié)構(gòu)簡單、施工方便及進水流態(tài)平順、自引過流能力強的特點，還利用了真空破壞閥的操作簡單、斷流可靠及檢修方便的優(yōu)點，同時解決了傳統(tǒng)長方體出水流道斷流設(shè)備造價昂貴和傳統(tǒng)虹吸式出水流道工程量大、施工較為困難的關(guān)鍵問題。真空破壞閥破壞虹吸、切斷水流的功能，達到運行方便、可靠的目的。雙向長方體進水流道可避免流道內(nèi)部渦帶的產(chǎn)生，消弱機組振動和噪音大的困擾，消渦防渦錐生產(chǎn)制造實施容易，對流道自排自引的阻流影響小。進口喇叭管與消渦防渦錐組合使用可進一步達到水流平順進入葉輪室的目的，喇叭管底緣順接的上翹弧形還具有隔斷流道頂部渦帶進入喇叭管的作用。消旋體具有結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝、檢修拆卸方便的特點，其具有進一步回收導(dǎo)葉體出口剩余環(huán)量的作用，調(diào)整水流流態(tài)，力求使水流平順，無環(huán)量，提高泵裝置的水力性能和效率。復(fù)合型雙向出水流道采用型線簡單、環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)的過渡斷面為圓或變曲率弧線的斷面形式；在環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置后導(dǎo)水錐，后導(dǎo)水錐與消旋體呈平滑過渡；在駝峰處設(shè)置真空破壞閥，并在復(fù)合型雙向出水流道的出口處設(shè)置普通閘門，降低對快速閘門的設(shè)計要求及斷流設(shè)備的造價，同時提高泵裝置效率和安全運行可靠性。在單向運行工況時，所述的復(fù)合型雙向出水流道不僅克服了傳統(tǒng)虹吸式出水流道僅適用于出水池變化不大的情況，在水位沒過駝峰時閘門就可起擋水作用，避免水流倒灌引起機組的倒轉(zhuǎn)，非特殊水位時采用真空破壞閥具有運行方便的優(yōu)點，兩者配合使用具有雙重可靠保障，該環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)型線、斷面均簡單克服了傳統(tǒng)虹吸式出水流道型線復(fù)雜，工程量大、施工困難的缺點。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2a為圖1中A-A剖面圖。圖2b為圖1中B-B剖面圖。圖3為圖1中D-D剖面圖。圖4為圖1中C-C剖面圖。圖5為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6a為本發(fā)明抽排抽引運行工況示意圖。圖6b為本發(fā)明自排自引運行工況示意圖。圖中1消渦防渦錐，2進口喇叭管，3葉輪室，4導(dǎo)葉體，5消旋體，6出口喇叭管，7后導(dǎo)水錐，8通氣孔接口，9閘門。
具體實施例方式傘形雙向立式泵裝置，由雙向長方體進水流道、長方體出水流道、消渦防渦錐1、進口喇叭管2、葉輪室3、導(dǎo)葉體4、消旋體5、環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)、后導(dǎo)水錐7、出口喇叭管6、駝峰環(huán)形殼等組成，消渦防渦錐設(shè)置在進口喇叭管下方的雙向長方體進水流道內(nèi)，葉輪室進口連接進口喇叭管，葉輪室出口連接導(dǎo)葉體，消旋體、后導(dǎo)水錐、出口喇叭管依次設(shè)置在導(dǎo)葉體的上部。消旋體由輪轂、葉片和外殼構(gòu)成，消旋體的輪轂分別與導(dǎo)葉體的輪轂、后導(dǎo)水錐平滑連接，消旋體的外殼分別與導(dǎo)葉體的外殼和出口喇叭管平滑連接。消旋體的輪轂和外殼直徑與導(dǎo)葉體出口側(cè)的輪轂和外殼直徑相同，消旋體的葉片為偶數(shù)對平直葉片，本實施例采用兩對平直葉片(或者扭曲葉片)，葉片兩側(cè)端分別與輪轂與外殼固結(jié)成一整體結(jié)構(gòu)，葉片上下端呈尖錐橢圓型線。駝峰環(huán)形殼上環(huán)邊與后導(dǎo)水錐的上緣平滑連接，下環(huán)邊置于長方體出水流道內(nèi)構(gòu)成環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)，駝峰環(huán)形殼上環(huán)邊與后導(dǎo)水錐的上緣平滑連接構(gòu)成的出水流道壁斷面為圓形或變曲率弧線。環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)的駝峰頂部設(shè)四個均勻布置的通氣孔接口 8連接到真空破壞閥。雙向長方體進水流道與長方體出水流道的長度及寬度相同，長方體出水流道出口處和雙向長方體進水流道兩進水側(cè)設(shè)有閘門9。消渦防渦錐母線采用四分之一的橢圓弧線或變曲率弧線，消渦防渦錐錐底直徑與錐頂直徑之比為7. 00，進口喇叭管的母線與消渦防渦錐的母線線型相似，進口喇叭管母線底緣順接四分之一的橢圓或變曲率曲線，進口喇叭管呈“紳士帽”形狀；進口喇叭管底與進水流道底板間距為葉輪名義直徑的0. 50倍，進口喇叭管進口斷面直徑與消渦防渦錐的底面直徑相同，均為葉輪名義直徑的1. 50倍。針對不同規(guī)模的泵站，雙向虹吸式出水結(jié)構(gòu)中出口喇叭管6、后導(dǎo)水錐7可采用鋼板或鑄鐵進行預(yù)加工加工制作并在現(xiàn)場進行安裝，對于雙向虹吸式出水結(jié)構(gòu)外壁可選擇鋼板或鑄鐵加工，或采用混凝土進行現(xiàn)場加工制作安裝。雙向長方體進水流道流道壁面、消渦防渦錐I和進口喇叭管2三部分，對于大中型泵站消渦防渦錐I可采用鋼板或鑄鐵預(yù)加工制作，或采用立模板進行混凝土的現(xiàn)場澆筑施工，進口喇叭管2可采用鋼板或鑄鐵加工制作。對于小型泵站，三部分均可采取鋼板或鑄鐵制作而成，運到現(xiàn)場進行焊接處理，施工簡單方便。葉輪室3的鉛垂正下方布置消渦防渦錐1，消渦防渦錐I的中心與葉輪中心在同一條鉛垂線上，消渦防渦錐的底面直徑與進口喇叭管的進口直徑相同，消渦防渦錐I的母線采用橢圓型線的四分之一或變曲率曲線，進口喇叭管的母線與消渦防渦錐的母線型線相似，喇叭管母線底緣再接四分之一的橢圓或變曲率曲線，進口喇叭管呈“紳士帽”形狀；消渦防渦錐I即可選擇混凝土澆筑而成也可選擇鋼板或鑄鐵制造并現(xiàn)場安裝；進口喇叭管采用鋼板或鑄鐵制造并現(xiàn)場安裝。消旋體5的輪轂與導(dǎo)葉體4的輪轂、環(huán)形雙向虹吸式出水結(jié)構(gòu)內(nèi)后導(dǎo)水錐7呈平滑連接，消旋體5的外殼與出口喇叭管6采用平滑過渡，確保無凸起等安裝現(xiàn)象，后導(dǎo)水錐7可采用鑄鐵或鋼板材料預(yù)制后于現(xiàn)場安裝，后導(dǎo)水錐7的母線采用四分之一的橢圓型線或變曲率型線，出口喇叭管6的型線與后導(dǎo)水錐7的母線線型相似。本發(fā)明運行方式說明
在雙向長方體進水流道和復(fù)合型雙向出水流道兩側(cè)均布置閘門，其閘門的開啟與關(guān)閉與泵裝置的運行工況相關(guān)。若自排自引，僅需開啟新型箱涵式雙向進水流道的兩側(cè)閘門，水流從水位高側(cè)進入新型箱涵式雙向進水流道，繞過消渦防渦錐后進入低水位側(cè)，泵裝置運行示意如圖6a所示；若抽排抽灌，則根據(jù)需要開啟非對稱側(cè)的進、出水流道閘門，立式泵機組啟動后，水流經(jīng)新型箱涵式雙向進水流道進入葉輪室3，經(jīng)葉輪旋轉(zhuǎn)做功后從后置導(dǎo)葉體4流出，再經(jīng)過消旋體5進一步的回收環(huán)量后進入環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)后進入箱涵式雙向出水流道中從閘門開啟一側(cè)流入出水池，泵裝置運行示意如圖6b所示。若此時水泵正常關(guān)機或事故停機，則環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)的真空破壞閥打開，切斷水流，水位若處于超高駝峰情況下則再迅速關(guān)閉該側(cè)閘門。
權(quán)利要求
1.傘形雙向立式泵裝置，包括雙向長方體進水流道、長方體出水流道、消渦防渦錐、進口喇叭管、葉輪室、導(dǎo)葉體，消渦防渦錐設(shè)置在進口喇叭管下方的雙向長方體進水流道內(nèi)，葉輪室進口連接進口喇叭管，葉輪室出口連接導(dǎo)葉體，其特征是，設(shè)有消旋體、環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)、后導(dǎo)水錐、出口喇叭管、駝峰環(huán)形殼，消旋體、后導(dǎo)水錐、出口喇叭管依次設(shè)置在導(dǎo)葉體的上部，所述消旋體由輪轂、葉片和外殼構(gòu)成，消旋體的輪轂分別與導(dǎo)葉體的輪轂、后導(dǎo)水錐平滑連接，消旋體的外殼分別與導(dǎo)葉體的外殼和出口喇叭管平滑連接；駝峰環(huán)形殼上環(huán)邊與后導(dǎo)水錐的上緣平滑連接，下環(huán)邊置于長方體出水流道內(nèi)構(gòu)成環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)，環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)的駝峰頂部設(shè)有至少兩個均勻布置的通氣孔接口連接到真空破壞閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傘形雙向立式泵裝置，其特征是，所述雙向長方體進水流道與長方體出水流道的長度及寬度相同，長方體出水流道出口處和雙向長方體進水流道兩進水側(cè)設(shè)有閘門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傘形雙向立式泵裝置，其特征是，所述消渦防渦錐母線采用四分之一的橢圓弧線或變曲率弧線，消渦防渦錐錐底直徑與錐頂直徑之比為7. 00，進口喇叭管的母線與消渦防渦錐的母線線型相似，進口喇叭管母線底緣順接四分之一的橢圓或變曲率曲線，進口喇叭管呈“紳士帽”形狀；進口喇叭管底與進水流道底板間距為葉輪名義直徑的O. 50倍，進口喇叭管進口斷面直徑與消渦防渦錐的底面直徑相同，均為葉輪名義直徑的1. 50倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傘形雙向立式泵裝置，其特征是，所述消旋體的輪轂和外殼直徑與導(dǎo)葉體出口側(cè)的輪轂和外殼直徑相同，消旋體的葉片為平直或者扭曲葉片，葉片兩側(cè)端分別與輪轂與外殼固結(jié)成一整體結(jié)構(gòu)，葉片上下端呈尖錐橢圓型線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傘形雙向立式泵裝置，其特征是，所述駝峰環(huán)形殼上環(huán)邊與后導(dǎo)水錐的上緣平滑連接構(gòu)成的出水流道壁斷面為圓形或變曲率弧線的斷面形式。
全文摘要
傘形雙向立式泵裝置，屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域。包括雙向長方體進水流道、長方體出水流道、消渦防渦錐、進口喇叭管、葉輪室、導(dǎo)葉體、消旋體、環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)、后導(dǎo)水錐、出口喇叭管、駝峰環(huán)形殼，消渦防渦錐設(shè)置在進口喇叭管下方的雙向長方體進水流道內(nèi)，葉輪室進口連接進口喇叭管，葉輪室出口連接導(dǎo)葉體，消旋體、后導(dǎo)水錐、出口喇叭管依次設(shè)置在導(dǎo)葉體的上部，駝峰環(huán)形殼上環(huán)邊與后導(dǎo)水錐的上緣平滑連接，下環(huán)邊置于長方體出水流道內(nèi)構(gòu)成環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)，環(huán)形虹吸式出水結(jié)構(gòu)的駝峰頂部設(shè)有通氣孔接口連接真空破壞閥。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理科學(xué)，具有自排自引、抽排抽引的四種作用，提高泵裝置效率，節(jié)省投資，自動化程度高，運行管理方便。
文檔編號F04D29/52GK103047185SQ20121056170
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月22日
發(fā)明者劉超, 楊帆, 周濟人, 金燕 申請人:揚州大學(xué)