改善泵站前池水流流态的措施分析

【摘 要】泵站前池是引渠和进水池之间的联接段，主要作用是使水流能够平顺的从引渠流向进水池，为水泵运行提供良好的进水条件。文中结合某引水泵站前池流动计算，研究和分析了有底坎无压进水前池的流态及其改善措施。

【关键词】泵站前池；水流流态；措施分析

泵站前池是泵站的一个重要的组成部分，它是连接引渠和进水池的建筑物。前池的形状和尺寸，不仅会影响水流流态，而且对泵站工程的投资和运行管理带来很大影响。然而，在工程实践中，往往对这部分设计没有引起足够的重视，由此而来引起的进水池流态恶化，水泵机组振动，泵站效率下降，池内泥沙淤积等问题严重的例子时有发生。因此，认真分析研究前池的流动规律，合理确定前池的形状和尺寸，是泵站工程的重要问题之一。

1．流态分析

1.1正向进水前池的流态分析

正向进水前池流态的主要影响因素是扩散角的大小。根据水力学原理，扩散水流的扩散能力可用扩散角a来表示。它与初始断面的流速v有很大关系。v越大则水流的固有扩散角a越小。当前池实际扩散角大于水流固有的扩散角时，前池中的水流将会脱离边壁，出现回流和漩涡。

由此可见，在主流的两侧有较大的回流区，在两侧的进水池中还会形成漩涡。由于水流来不及扩散，水流直接冲击进水池后墙，然后折向两侧，引起侧边回流。由于中间主流大于边侧回流流速，回流区冲击进水池后墙，然后折向两侧，引起侧边回流。由于中间主流大于边侧回流流速，回流区的水位和压力大于主流区。在这种压力差的作用下，主流断面进一步压缩，流速进一步增大，从而导致池中流态更加恶化。试验表明，前池中的流态对水泵性能及工程管理将带来很大影响。例如，前池的流态可能涉及到进水池的流态，使进水池形成漩涡。一旦产生进气漏斗漩涡，空气将会进入水泵，从而降低水泵效率，使机组产生振动和噪音。

1.2侧向进水前池的流态分析

侧向进水前池内的流态主要取决于引渠的末端流速v，前池的形状和机组的运行组合。

在前池型式尺寸一定的情况下，水流从两个涵洞进入前池后，池内流态取决于机组运行组合。因此，在池中也形成了四个大小不同的回流区。由于水流是斜向进入运行机组的进水口，在隔墩进口处有漩涡出现，进水池内的流速分布不均，从而影响水泵的运行特性。

2．原设计方案的前池流态试验

本模型试验布置了单台泵和多机组运行工况，并对各种工况下流态进行测试。

(1)在单机组运行工况下，由图1可见：由于前池水位较高，前池表面水流比较平顺，流速较小，无明显的回流区存在，但是，受到进水流道及胸墙的影响，在边机组独立运行时，在流道进口处隔墩背水侧间歇性地产生漩涡。

(2)在多机组运行工况下，如图1，前池表面水流流速随着开机台数的增多而增大，水流自进水管进入前池后，由于底坎的作用，一部分水流翻越底坎在坎后形成强烈翻滚，另一部分水流受底坎阻挡，在底坎前沿着底坎向两侧流动，碰池壁后向上翻滚，产生向中间机组方向的斜向流，从而造成边机组配水不均匀。多机组运行时，进水流道前表面无旋涡、回流区出现，但是在底坎附近和底坎前区域有一定范围的回流区和斜向流。

试验结果表明，在边机组单独运行时，在边机组进水流道进口处隔墩背水侧间歇性地产生漩涡；在多机组运行时，由于底坎过高，导致前池表面水流翻滚剧烈，在前池中产生一定范围的回流区和斜向流，导致边机组为明显的侧向进水，流量明显较小。因此，有必要采取一定措施来改善前池流态。

3．改善水流流态措施

针对不同运行工况下前池不良流态，应采取一些措施来改善流态。

(1)在边机组进水流道前增设消涡装置。

在边机组进水流道前增设消涡板后，由于消涡板的作用，漩涡消失。消涡板布置如图3。

(2)降低底坎高程，并将底坎两端削去。

原设计方案流态措施方案中，由于底坎过高，使得水流通过底坎后翻滚剧烈，造成回流和主流偏移。降低底坎高程和将底坎两端削去后，使得水流通过底坎后比较均匀的分配至各进水流道，在前池表面基本消除了回流区和斜向流，前池流态得到明显改善。如图4。

4．分析与讨论

原设计方案流态措施方案小型机组运行时，由于前池水位较高、前池表面水流比较平顺，流速较小，无明显的回流区存在，但是，受到进水流道及胸墙的影响，在边机组独立运行时，在流道进口处隔墩背水侧间歇性地产生漩涡。改善措施方案在边机组进水流道前设置了消涡装置，在边机组进水流通进口前隔墩间无漩涡产生。

总之，本文提出了改善流态的工程措施，对有底坎无压前池水流流态的成果对同类型泵站工程的设计、改造等有一定的参考价值。

参考文献

[1] 成立,刘超,周济人,鄢碧鹏,李兴林.联合运行泵站前池优化数值模拟研究[J].灌溉排水.2002年03期.

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