10.2 进出水流道

10.2.2 有关试验研究表明：进水流道的设计，主要问题是要保证其出口流速和压力分布比较均匀。为此，要求进水流道型线平顺，各断面面积沿程变化均匀合理，且进口断面处流速宜控制不大于1.0m/s，以减小水力损失，为水泵运行提供良好的水流条件。
    5 有关试验资料表明，在水泵叶片安装角相同的情况下，无论是肘形进水流道或钟形进水流道，当进口上缘（顶板延长线与进口断面的延长线的交点）的淹没水深大于0.35m时，基本上未出现局部漩涡；当淹没水深在0.2m～0.3m时，流道进口水面产生时隐时现的漩涡，有时涡带还伸入流道进口内，但此时对水泵性能的影响并不大，机组仍能正常运行；当淹没水深在0.1m～0.18m时，进口水面漩涡出现频繁；当淹没水深为0.06m时，漩涡剧烈，并夹带大量空气进入流道，致使水泵运行不稳，噪声严重。因此，本标准规定进水流道进口上缘的最小淹没水深为0.5m，即应淹没在进水池最低运行水位以下至少0.5m。
10.2.3 肘形进水流道是目前国内外采用最广泛的一种流道形式，如国内的两座大型轴流泵站，水泵叶轮直径分别为4.5m和4.0m，配套电动机功率分别为5000kW和6000kW，都是采用这种流道形式，经多年运行检验，情况良好。泵站肘形进水流道形状见图4，我国部分泵站肘形进水流道的设计成果（有些经过装置试验验证）见表12、表13。由表13可知，多数泵站肘形进水流道H/D=1.5～2.2，B/D=2.0～2.5，L/D=3.5～4.0，h_k/D=0.8～1.0，R₀/D=0.8～1.0，D为水泵叶轮直径。由于肘形进水流道是逐渐收缩的，流道内的水流状态较好，水力损失较小，但不足之处是其底面高程比水泵叶轮中心线高程低得较多，造成泵房底板高程较低，致使泵房地基开挖较深，需增加一定的工程投资。
    进水流道的进口段底面一般宜做成平底。为了抬高进水池和前池的底部高程，降低其两岸翼墙的高度，减少地基土石方开挖量和混凝土工程量，亦可将进水流道进口段底面向进口方向上翘，即做成斜坡面形式。根据我国部分泵站的工程实践，除有些泵站进水流道进口段底面做成平底外，多数泵站进水流道的进口段底面上翘采用7°～11°（见表13）。因此，本标准规定进水流道进口段底面上翘角不宜大于12°。关于进口段顶板仰角，我国多数泵站的进水流道采用20°～28°，也有个别泵站采用32°（见表13）。因此，本标准规定进水流道进口段顶板仰角不宜大于30°。     钟形进水流道也是一种较好的流道形式。根据国内采用钟形进水流道的泵站装置试验资料，与肘形进水流道相比，钟形进水流道的平面宽度较大，B/D值一般为2.5～2.8；而高度较小，H/D值一般为1.1～1.4。这样可提高泵房底板高程，减少泵房地基开挖深度，机组段间需填充的混凝土量也较少，因而可节省一定的工程量。泵站钟形进水流道形状见图5。图中，D₁/D=0.97，H/D=1.1～1.4，B/D=2.5～2.8，L/D大于3.5，D_L/D=1.4，h_k/D=0.4，D为水泵叶轮直径。
    簸箕形进水流道降低了进水流道的高度，靠近叶轮处收缩量大，流道形状见图6。簸箕形进水流道的进口段尺寸与钟形进水流道比较接近，但对宽度的要求没有钟形进水流道那样严格，不易产生涡带。图6中标注的尺寸为美国国家标准ANSI/HI9.8—2012 Rotod ynamic pumps for pump intake design中推荐的“Stork-type FSI”即簸箕形进水流道的吸水室尺寸，供设计参考。     根据试验研究，簸箕形进水流道的宽度较肘形进水流道的大，是为了方便一部分水流绕至喇叭口两侧及后部进入喇叭管；但簸箕形进水流道宽度比钟形进水流道小，是因为流道内部不像钟形流道那样容易产生涡带。
    簸箕形进水流道的吸水室中宜设中隔板，一是为了泵站结构方面的需要，二是为了阻隔可能发生的水下涡带。中隔板的厚度对水流有一定的影响，但从防涡的角度来看，对中隔板的厚度没有特殊的要求，因此，在施工条件允许的情况下尽可能减薄。
    各种进水流道的主要尺寸需根据水泵的结构和外形尺寸，结合泵房布置确定，应用于小型泵站时，还应考虑施工的方便性。
10.2.5 出水流道布置对泵站的装置效率影响较大，因此流道的型线变化应比较均匀。为了减少水力损失，出口流速应控制在1.5m/s以下，当出口装有拍门时，可控制在2.0m/s。如果水泵出水室出口处流速过大，宜在其后面直至出水流道出口设置扩散段，以降低流速。扩散段的当量扩散角不宜过大，一般取8°～12°较为合适。
    4 由于大中型泵站机组功率较大，如出水流道的水力损失稍有增大，将使电能有较多的消耗，因此常将出水流道的出口上缘（顶板延长线与出口断面的延长线的交点）淹没在出水池最低运行水位以下0.3m～0.5m。
    7 当流道宽度较大时，为了减小出口拍门或快速闸门的跨度，常在流道中间设置隔水墩。有关试验资料表明，如果中隔墩布置不当，将影响分流效果，使出流分配不均匀，增加出水流道的水力损失。因此，中隔墩起点位置距水泵出水室宜远一点，待至水泵出流流速较均匀处再分隔为好。一般中隔墩起点位置与机组中心线距离不应小于水泵出口直径的2倍。
10.2.6 泵站的断流方式主要有拍门断流、快速闸门断流、止回（蝶）阀断流、虹吸管配真空破坏阀断流等多种，应根据出水流道（管道）布置、出水池的水位变幅、水泵机型、泵站扬程等因素，经技术经济比较后确定。
10.2.7 直管式出水流道进口与水泵出水室相连，然后沿水平方向或向上倾斜至出水池。为了便于机组启动和排除管内空气，在流道出口常采用拍门或快速闸门断流，并在门后管道较高处设置通气孔，以减少水流脉动压力，机组停机时还可向流道内补气，避免流道内产生负压，减少关闭拍门时的撞击力，改善流道和拍门的工作条件。
10.2.8 虹吸式出水流道的进口与水泵出水室相连，出口淹没在出水池最低运行水位以下，中间较高部位为驼峰，并略高于出水池最高运行水位，在满足防洪要求的前提下，出口可不设快速闸门或拍门。在正常运行工况下，由于出水流道的虹吸作用，其顶部出现负压；停机时，需及时打开设在驼峰顶部的真空破坏阀，使空气进入流道而破坏真空，从而切断驼峰两侧的水流，防止出水池的水向水泵倒灌，使机组很快停稳。根据工程实践经验，驼峰顶部的真空度一般应限制在7m～8m水柱高，因此本标准规定驼峰顶部的真空度不应超过7.5m水柱高。
    驼峰断面的高度对该处的流速和压力分布均有影响。如果高度较大，断面处的上下压差就会很大。工程实践证明，在尽量减少局部水力损失的情况下，压低驼峰断面的高度是有好处的。一方面可加大驼峰顶部流速，使水流夹气能力增加，并可减小该断面处的上下压差；另一方面可减少驼峰顶部的存气量，便于及早形成虹吸和满管流，而且还可减小驼峰顶部的真空度，从而增大适应出水池水位变化的范围，因此驼峰处断面宜设计成扁平状。
10.2.11 根据南水北调东线一期泵站工程的研究成果，灯泡贯流泵采用灯泡后置、竖井贯流泵采用竖井前置的效率比反过来布置要高；轴伸贯流泵的轴伸前置还是后置，差别不大。斜式布置的水泵，应用较多的是斜15°、30°、45°三种。